1、 自自 动动 化化 学学 院院 计算机控制技术课程设计报告计算机控制技术课程设计报告 基于基于 MCS51MCS51 单片机控制系统设计单片机控制系统设计 单位（二级学院） ：单位（二级学院） ： xxxxx xxxxx 学学 生生 姓姓 名：名： xxxx xxxx 专专 业：业： 自自 动动 化化 班班 级：级： xxxxx xxxxx 学学 号：号： xxxxxx xxxxxx 指指 导导 教教 师：师： xxxx xxxx 设计时间：设计时间： 2012 2012 年年 6 6 月月 2 摘 要 3 第 1 章 本次设计的基本要求 4 1.1 基本要求 4 第 2 章 方案的论证 4
2、2.1 控制方式的确定. 4 2.2 驱动方式的确定. 5 2.3 驱动电路的选择. 5 2.4 基本方案的确定. 6 第 3 章 硬件电路的设计 7 3.1 单片机的选择 7 3.1.1 单片机的引脚功能 7 3.1.2 主要特性： 8 3.2 步进电机的选择. 9 3.3 驱动电路的选择 10 3.4 显示电路与键盘的选择. 12 3.5 反馈电路的选择. 13 3.5.1 光电编码器原理. 13 3.5.2 步进电机测速原理. 14 3.5.3 闭环 PID 控制原理 14 第 4 章 算法的设计： 15 4.1 步进电机控制算法 15 4.2 步进电机转速测量算法 16 4.3 PID
3、 控制算法 16 4.3.1 位置式 PID 的控制算法 16 4.3.2 增量式 PID 的控制算法 17 第 5 章 实验结果 18 第 6 章 问题总结 20 6.1 复位电路： 20 6.2 数码管驱动： 21 6.3 独立键盘： 22 6.4 步进电机算法整定： 22 6.5 焊接电路图： 23 第 7 章 参考文献 24 附录一 分工表 25 附录二：系统 PCB 图 26 附录三：电路原理图 27 附录四：仿真原理图 28 附件五：元器件封装规格 29 附录六：源程序 30 3 摘摘 要要 步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块，通过 AT89C51 完成 步进电机和直流
4、电机各种运行方式的控制。 实现步进电机的正反转速度控制并且 显示数据。整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过按键控制，操作方便， 节省成本。 【关键词】 ：【关键词】 ： 步进电机;单片机控制; AT89C51; 设计背景：设计背景：随着数字化技术发展，数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进 电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速 起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能 上能满足工业控制的基本要求，所以广泛地应用于手工业自动控制、数控机床、 组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、大型望远 镜、卫星天
5、线定位系统、医疗器件以及各种可控机械工具等等。直流电机广泛应 用于计算机外围设备( 如硬盘、软盘和光盘存储器) 、家电产品、医疗器械和电 动车上, 无刷直流电机的转子都普遍使用永磁材料组成的磁钢, 并且在航空、 航 天、汽车、精密电子等行业也被广泛应用。在电工设备中的应用，除了直流电磁 铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在 发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给 粉机的原动机是直流电动机。此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型 精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通 常都采用直流电动机作为原
6、动机来拖动工作机械的。 直流发电机通常是作为直流 电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向 负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺 服电机等。他们都是利用电和磁的相互作用来实现向机械能能的转换。 4 第第 1 1 章章 本次设计的基本要求本次设计的基本要求 研究步进电机的特性、工作原理、及其具体的调速原理。 1.1 基本要求基本要求 1显示模块，能显示预设值、实际测量值和表明转动方向 2键盘能预设实际转速值和方向 3 控制器使用数字 PID，调节转速 4. 完成整个电路设计和软件设计 第第 2 2 章章 方案的论证方案的论证 2.1 控制方式的确定控制方式的确定 步进电机控制虽然是一个比较精确的，步进电机开环控制系统具有成本低、 简单、控制方便等优点，在采用单片机的步进电机开环系统中，控制系统的 CP 脉冲的频率
