基于单片机的步进电机控制系统设计外文翻译

毕业设计(论文)外文资料翻译

学院：机械工程学院

专业：机械设计制造及其自动化

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学号：XXXXXXXXXX

外文出处：《Computational Intelligence and (用外文写)Design》

附件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。

注：请将该封面与附件装订成册。

附件1：外文资料翻译译文

基于微型计算机的步进电机控制系统设计

孟天星余兰兰

山东理工大学电子与电气工程学院

山东省淄博市

摘要

本文详细地介绍了一种以AT89C51为核心的步进电机控制系统。该系统设计包括硬件设计、软件设计和电路设计。电路设计模块包括键盘输入模块、LED显示模块、发光二极管状态显示和报警模块。按键可以输入设定步进电机的启停、转速、转向,改变转速、转向等的状态参数。通过键盘输入的状态参数来控制步进电机的步进位置和步进速度进而驱动负载执行预订的工作。运用显示电路来显示步进电机的输入数据和运行状态。AT89C51单片机通过指令系统和编译程序来执行软件部分。通过反馈检测模块，该系统可以很好地完成上述功能。

关键词：步进电机，AT89C51单片机，驱动器，速度控制

1概述

步进电机因为具有较高的精度而被广泛地应用于运动控制系统，例如机器人、打印机、软盘驱动机、绘图仪、机械式阀体等等。过去传统的步进电机控制电路和驱动电路设计方法通常都极为复杂，由成本很高而且实用性很差的电器元件组成。结合微型计算机技术和软件编程技术的设计方法成功地避免了设计大量复杂的电路，降低了使用元件的成本，使步进电机的应用更广泛更灵活。本文步进电机控制系统是基于AT89C51单片机进行设计的，它具有电路简单、结构紧凑的特点，能进行加减速，转向和角度控制。它仅仅需要修改控制程序就可以对各种不同型号的步进电机进行控制而不需要改变硬件电路，所以它具有很广泛的应用领域。

2设计方案

该系统以AT89C51单片机为核心来控制步进电机。电路设计包括键盘输入电路、LED显示电路、发光二极管显示电路和报警电路，系统原理框图如图1所示。

At89c51单片机的P2口输出控制步进电机速度的时钟脉冲信号和控制步进电机运转方向的高低电平。通过定时程序和延时程序可以控制步进电机的速度和在某一

转向的运行时间。运用驱动电路可以将微弱的脉冲信号放大成能使步进电机工作的强电信号，但是放大后的电流不能超过最大负荷能力。使用PPM8713芯片可以增强驱动能力。同时也可以连接一个专用的驱动芯片FT5754来放大工作电流，最大电流为3A，因此设计时应不超过该极限负载能力。

图1.系统原理方框图

当系统上电以后，我们首先将系统初始化，然后扫描整个键盘，如果某参数按键被按下了，通过输入参数可以设置运转的步数。当参数输入完成以后按下确认键，就代表了参数设置成功。我们还可以通过键盘上的按键来设置步进电机的正转与反转。当所有设置完成以后，按下开始按钮步进电机就可以根据设置好的参数开始运行。在运行期间，通过键盘上指定的按键可以对步进电机进行加速或减速，步进电机在正常转动的任意时刻，我们按下停止键，步进电机都将停止运行并且保持。

系统的显示模块采用专用驱动芯片PS7219，它能驱动八位数码管。显示模块能显示步进电机的状态参数。当步进电机处于静止状态，显显示模块可以显示输入参数，在正常运行阶段数码管的高八位和低八位可以分别显示步进电机的步数和回转圈数。

3 硬件电路设计

该系统选用型号为57BYG229的步进电机。步进电机控制系统的硬件电路设计如图2所示。硬件电路设计包括复位电路设计，定时电路设计，报警电路设计，键盘接口电路设计，驱动电路设计和LED显示电路设计。

图2硬件电路设计图

1.复位电路

复位操作包括两种方法：上电自动复位和按键手动复位。上电自动复位由外部复位电路电路的电容充电完成。该复位电路如图2所示。系统上电时，RST口电平与VCC口电平相同，随着RC电路的充电电流的减弱，最终RST口电平变为低电平。因此只要电源VCC口电流上升时间不超过1ms，就能实现上电自动复位，这就意味着系统可以凭借接通电源开关完成复位和初始化。按键手动复位电路具有与上电复位电路同样的功能，当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST 端。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。按键手动复位电路如图3所示。

2．定时电路

用软件编程的方法设置单片机内部定时器延时程序来改变脉冲频率从而实现步进电机的转速控制。AT89C51单片机有两个内部定时器：T0和T1.定时器0在工作方式1情况下可以用软件编程法进行控制。

3.报警电路

蜂鸣器通常用来提示系统运行状态，例如当输入参数错误或则停止信号

已发出，蜂鸣器将结合状态指示灯提示当前工作状态。蜂鸣器接口电路如图3所示。蜂鸣器驱动电流较低，可以用三极管进行功率放大驱动。在刚才的那种情况下，蜂鸣器会发出报警声并同时输出信号使P3.1口置0。

图3.基于PPM8713的步进电机驱动电路

P3.1口得输出脉冲被三极管放大来驱动蜂鸣器发出响应该警报的声音信号。声音信号结束后，三极管停止工作，这是P3.1口输出电平置1。

4.键盘接口电路

通过键盘可以设置步进电机的启停、转速、转向等相关参数。在开始启动步进电机的时候需要现在键盘上设置步进电机的平均转速和总的运行步数，所以键盘的功能是用来传送输入参数到单片机。为了达到启动、停止系统并且控制步进电机的转向等目的，我们需要定义相应的按键来实现这些功能。

如图2所示，在列向排线上有一排上拉电阻连接至电源，所以当没有按键按下时，列向排线处为高电平。在所有行向排线输出低电平的情况下如果有按键被按下去，相应位置的列向为低电平。根据这个原理，CPU能扫描整个键盘，检测时CPU 先送出一列为低电平，其余几列为高电平，此时我们确定了列数，然后立即轮流检测一次各行是否有低电平，若检测到某一行为低电平，这时我们便确定了行数，这样我们便可以确定了哪一行哪一列的按键被按下去了。扫描时间非常的短，大约为10ms，所以只要有按键被按下去了就能被检测到。由于按键采用机械式结构，具有灵活性，易产生抖动现象，使实际输出波形与理想的波形不一致，所以我们要解决抖动问题带来的误差。使用软件延时10ms的方法可以获得理想的效果。