步进电机控制系统的设计与仿真

一、设计题目步进电机控制系统的设计与仿真二、设计要求设计一个单片机四相步进电机控制系统，要求系统具有以下功能。

（1）用K0-K2作为通电方式选择键，K0为单四拍，K1为双四拍，K2为四相八拍。

（2）K3-K4作为启动和方向控制。

（3）正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿灯亮。

（4）可通过键盘设定步进电机步数给定值。

（5）用三位LED数码管显示剩余工作步数三、系统总体框图与原理说明通过键盘模块设置步进电机的工作模式、步数以及正反转，同时用数码管模块显示剩余工作步数，用LED灯模块显示步进电机的工作状态。

4*4键盘模块：采用外部中断的方式实时扫描键盘，判别按下的键，并执行所按下的键相应的操作，即输入步数、选择工作模式、正/反转、调速以及启动/停止等，由于键数的限制，把一些键功能复用。

用线反转法扫描键盘，即先在P2口输出0xf0，二次确认有按键按下后，逐行输出低电平，确认按键所在的列，便可知道所按下的是哪个键，再返回对应的键值。

数码管显示模块：采用定时中断的方式定时扫描一次显示，从而实现数码管的动态显示，同时P0口需外接上拉电阻。

本设计采用共阴数码管，故0到9的段码为：0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f四相步进电机模块：采用L298驱动芯片驱动电机，同时P1口驱动能力不够，需外接上拉电阻，通过四个LED灯接在P1.0到P1.3口来观察电机的拍子。

据分析可得到，四相单四拍：A->B->C->D；四相双四拍：AB->BC->CD->DA；四相八拍：A->AB->B->BC->C->CD->D->DALED灯模块：把红黄绿三个灯接在P3口上，在程序中通过置位复位来实现相应状态的转换。

图1为系统总体设计方框图，由单片机AT89C51，L298驱动芯片，四相步进电机，7段LED数码管等一些电路模块组成。

图1 系统总体框图四、硬件电路图此次我们所设计的是一个步进电机控制系统，主要由单片机AT89C51、四相步进电机、7段数码管、LED灯、L298驱动芯片及一些其他相关元件设计而成。

可以通过键盘来控制系统的输入步数、选择工作模式、正/反转、调速以及启动/停止工作。

运转时，用3位7段数码管来输出生育工作步数。

最后根据思路所设计出来的硬件电路图如下。

图2 系统的硬件电路图五、程序流程图六、仿真说明上电后，电机步数为0，默认为四相单四拍、正转的工作模式，红、绿灯亮，数码管显示0，输入步数，数码管显示步数，选择工作模式，设置正/反转，相应的指示灯亮，并启动后，绿灯灭，电动机开始按设定的模式工作，数码管显示剩余的工作步数，运行时，可通过加速和减速按键进行电机的调速，按下停止按键后，电机停止工作，数码管显示停止时剩余的工作步数，当步数减到0后，电机停止工作，数码管显示0。

七、心得体会在设计的过程中，学会了很多东西，熟悉了步进电机控制系统的整体运行过程和总体布局，掌握了该硬件电路的设计方法，掌握了步进电机控制系统程序的设计和调试，最大的收获便是学会了如何把C语言应用于单片机得编程上，避免了汇编的低效率的缺点。

附录：程序清单#include <reg51.h>#include<stdio.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code disp[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共阴数码管显示码uchar code table1[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x08,0x04,0x02,0x01}; //单四拍uchar code table2[]={0x03,0x06,0x0c,0x09,0x09,0x0c,0x06,0x03}; //双四拍uchar code table3[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09, 0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01}; //四相八拍uchar *p=NULL;//表指针uchar paishu=0,qibu=0,start=0;uint speed=100;//设置转速uint dat1=0,count=0; //拍数sbit weg=P3^0; //个位位选sbit wes=P3^1; //十位位选sbit web=P3^3; //百位位选sbit k31=P3^5; // 正转指示灯sbit k32=P3^6; //反转指示灯sbit k4=P3^7; //停止指示灯void init() ;void display_3(uint dat);void Delay1ms(unsigned int count);uchar keybscan(void);uchar keyaction (void);/*1ms延时子程序*/void Delay1ms(unsigned int count){unsigned int i,j;for(i=0;i<count;i++)for(j=0;j<100;j++);}/*键盘扫描子程序*/uchar keybscan(void){uchar scode,rcode;P2=0xf0;if((P2&0xf0)!=0xf0){Delay1ms(1);if((P2&0xf0)!=0xf0){scode=0xfe;while((scode&0x10)!=0){P2=scode;if((P2&0xf0)!=0xf0){rcode=(P2&0xf0);return(scode+rcode);}elsescode=(scode<<1)|0x01;}}}return(0xfe);}/*返回键码子程序*/uchar keyaction (void){switch(keybscan()){case 0xfe : return('#'); break; //无按键则返回case 0xde : return(0); break; //第一行第一列按键编码case 0xce : return(1); break; //第一行第二列按键编码case 0xae : return(2); break;case 0x6e : return(3); break;case 0xdd : return(4); break;case 0xcd : return(5); break;case 0xad : return(6); break;case 0x6d : return(7); break;case 0xdb : return(8); break;case 0xcb : return(9); break;case 0xab : return(10); break;case 0x6b : return(11); break;case 0xd7 : return(12); break;case 0xc7 : return(13); break;case 0xa7 : return(14); break;case 0x67 : return(15); break; //第四行第四列按键编码 }}/*3位数显示子程序*/void display_3(uint dat){P0=0;P0=disp[dat/100%10]; //3位web=0;Delay1ms(1);web=1;P0=0;P0=disp[dat/10%10]; //2位wes=0;Delay1ms(1);wes=1;P0=0;P0=disp[dat%10]; //1位weg=0;Delay1ms(1);weg=1;}/*定时器0初始化子程序*/void init(){TMOD=0x01;TH0=(65536-10000)/256;TL0=(65536-10000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;}/*定时器0中断程序*/void timer0() interrupt 1{TH0=(65536-10000)/256; //每10ms扫描显示TL0=(65536-10000)%256;display_3(count); //显示剩余步数}/*外部中断0中断程序*/int0()interrupt 0 using 0{EA=0; //关中断if (start==0){switch(keyaction()){case 0: { dat1=dat1*10+0; count=dat1; } break;case 1: {dat1=dat1*10+1; count=dat1; } break;case 2: {dat1=dat1*10+2; count=dat1;} break;case 3: {dat1=dat1*10+3; count=dat1;} break;case 4: {dat1=dat1*10+4; count=dat1;} break; case 5: {dat1=dat1*10+5; count=dat1;} break; case 6: {dat1=dat1*10+6; count=dat1;} break; case 7: {dat1=dat1*10+7; count=dat1;} break; case 8: {dat1=dat1*10+8; count=dat1;} break; case 9: {dat1=dat1*10+9; count=dat1;} break; case 10: {p=&table1[0];break;} //单四拍case 11: {p=&table2[0];break;}//双四拍case 12: {p=&table3[0];break;}//四相八拍case 13: {qibu=0;if(p==(&table3[0]))paishu=8;elsepaishu=4;k31=1;k32=0;break;}// 正转case 14: {if(p==(&table3[0])){qibu=8;paishu=16;}else{qibu=4;paishu=8;}k31=0;k32=1;break;} // 反转case 15: {start=1;k4=0;break;} //启动标志case '#': break; // 无按键按下}}elseswitch (keyaction()){case 0: if (speed<20000) speed+=10;break; //减速case 1: if (speed>10) speed-=10;break; //加速case 15:start=0;k4=1;break;}EA=1; //开中断}void main(){uint i=0;p=&table1[0];qibu=0;paishu=4;k31=1; //默认模式为单四拍，正转k32=0;k4=1;init();EA=1; //开总中断IT0=1; //设置外部中断0为边沿触发方式，下降沿有效EX0=1; //开外部中断0P2=0xf0;Delay1ms(1);while(!start) P2=0xf0; //等待启动信号i=qibu;while(1){P2=0xf0;while(count){P2=0xf0;if(i>=paishu) i=qibu;if (start==1)P1=p[i];elsewhile(!start) P2=0xf0; //等待启动信号Delay1ms(speed);i++;count--;}}}。