1、 单片机课程设计报告单片机课程设计报告 步进电机控制设计步进电机控制设计 日期：日期： 2012.6.18-6.21 目录目录 1、概要 2、课程设计目的及要求 3、整体系统分析 4、硬件系统分析 5、软件系统分析 6、调试结果 7、结论 附一：元器件清单附一：元器件清单 附二：源程序附二：源程序 1、概要、概要 步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉 冲转化为角位移，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单 片机产生。 本次课程设计主要采用 AT89S52 芯片，用汇编语言编写出电机的 正转、反转、加速、减速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片 ULN2004 以及相
2、应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要 用相应的发光二极管显示出来。 控制系统主要由硬件设计和软件设计 两部分组成。 其中， 硬件设计包括单片机的最小系统模块、 电源模块、 控制模块、步进电机 ULN2003A 驱动模块、彩灯显示模块 5 个功能模 块的设计。并且通过仿真控制系统对硬件、软件进行了调试和改善， 实现了上述功能。本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。 2. 课程设计目的及要求课程设计目的及要求 2.1 2.1 课程设计目的课程设计目的 增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理 解； 掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、 中断、存贮器、I/O 口、A
3、/D 转换等； 了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程及实现 方法。 2.2 2.2 课程设计要求课程设计要求 设计一个步进电机控制器，要求用多个按键控制电机的启动/ 停止、加速、减速、反转等控制功能。 用彩灯显示电机的转动状态， 如加速就控制彩灯快速闪烁，减 速则控制彩灯慢速闪烁等。 3. 整体系统分析整体系统分析 3.1 步进电机控制工作原理步进电机控制工作原理 步进电机实际上是一个数字角度转换器， 也是一个串行的数 模转换器。步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控 制、换向控制 4 个方面。从结构上看 ,步进电机分为三相、四相、 五相等类型 ,本次设计的是四相电机。 四相步进
4、电机的工作方式有单 四拍、双四拍和单双八拍 3 种 。 3.1.1 步进电机的启停控制步进电机的启停控制 步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感 ,即振动感。 为了 使电机转动平滑 ,减小振动 ,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下 降沿采用细分的梯形波 ,可以减小步进电机的步进角 ,提高电机运 行的平稳性。在步进电机停转时 ,为了防止因惯性而使电机轴产生 顺滑 ,则需采用合适的锁定波形 ,产生锁定磁力矩 ,锁定步进电机 的转轴 ,使步进电机的转轴不能自由转动。 3.1.2 步进电机的转向控制步进电机的转向控制 如果给定工作方式正序换相通电 ,步进电机正转。若步进电机 的励磁方式为单四拍，即 A
5、 -B C - D。如果按反序通电换相 , 即则电机就反转。 3.1.3 步进电机的速度控制步进电机的速度控制 如果给步进电机发一个控制脉冲 ,它就转一步 ,再发一个脉 冲 ,它会再转一步。2 个脉冲的间隔越短 ,步进电机就转得越快。 调整送给步进电机的脉冲频率 ,就可以对步进电机进行调速。 3.1.4 步进电机的换向控制步进电机的换向控制 步进电机换向时 ,一定要在电机减速停止或降到突跳频率范围 之内再换向 ,以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在 前一个方向的最后一个脉冲结束后以及下一个方向的第 1 个脉冲 前发出。 对于脉冲的设计主要要求要有一定的脉冲宽度(一般不小于 5s)、脉
6、冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反 向切换实质包含了减速换向加速 3 个过程。 3.2 系统设计思路系统设计思路 我们本次设计的步进电机控制系统主要有单片机89S52、 ULN2003A 步进电机驱动芯片、四相永磁式步进电机、LED 显示管及其其他相关 元件组成。可以通过开关来控制系统的启/停工作，并通过 LED 显示 管的工作状态显示步进电机的正、反转和前进、后退的状态。其总体 设计框图 1 所示： 图 1 系统设计框图 4. 硬件系统设计硬件系统设计 4.1 主要元件简介主要元件简介 4.1.1 AT89S52 单片机单片机 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 系 AT89S52 单 片 机 控 制 模 ULN2003A 五线 四相步进电机 驱动模块 LED 发光二极 管显示 五 线 四 相 步 进 电 机 开 关 控 制 模 块 统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术 制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Fl
