单片机课设步进电机控制正反转

单片机课程设计报告设计题目：步进电机控制系统

学院自动化与信息工程学院

专业电气工程及其自动化

班级

姓名

学号

指导教师王水鱼

2010 年秋季学期

平时（10%）任务完成

（30%）

答辩

（30%）

课设报告

（30%）

总评成绩

目录

1.设计目的 (2)

2.设计的主要内容和要求 (2)

3.题目及要求功能分析 (2)

4.设计方案 (5)

4.1 整体方案 (5)

4.2 具体方案 (5)

5．硬件电路的设计 (6)

5.1 硬件线路 (6)

5.2 工作原理 (7)

5.3 操作时序 (8)

6. 软件设计 (8)

6.1 软件结构 (8)

6.2 程序流程 (9)

6.3 源程序清单 (9)

7. 系统仿真 (9)

8. 使用说明 (10)

9. 设计总结 (10)

参考文献 (11)

附录 (12)

步进电机的控制

1.设计目的

（1）熟悉单片机编程原理。

（2）熟练掌握51单片机的控制电路和最小系统。

（3）单片机基本应用系统的设计方法。

2.设计的主要内容和要求

（1）查阅资料，了解步进电机的工作原理。

（2）通过单片机给参数控制电机的转动。

（3）通过按钮控制启停及反转。

（4）其他功能。

3．题目及要求功能分析

步进电机：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其精度高等特点，广泛应用于各种工业控制系统中。

三相单、双六拍步进电机的结构和工作原理：

三相单、双六拍步进电机通电方式：这种方式的通电顺

序是：U－U V－V－VW－W－WU－U或为U－UW－W－WV－V－VU－U。按前一种顺序通电，即先接通U相定子绕组；接着是U、V两相定子绕组同时通电；断开U相，使V相绕组单独通电；再使V、W两相定子绕组同时通电；W 相单独通电；W、U两相同时通电，并依次循环。这种工作方式下，定子三相绕组需经过六次切换才能完成一个循环，故称为“六拍”，而“单、双六拍”则是因为单相绕组与两相绕组交替接通的通电方式。

步进电机的驱动电源

步进电机应由专用的驱动电源来供电，由驱动电源和步进电机组成一套伺服装置来驱动负载工作。步进电机的驱动电源，主要包括边频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器等三个部分，如图1－4所示。边频信号源是一个频率从几十赫兹到几千赫兹的可连续变化的信号发生器。变频信号员可以采用多种线路。最常见的有多谐振荡器和单结晶体管构成的驰张振荡器两种。它们都是通过调节电阻和电容的大小来改变电容充放电的时间常数，以达到选取脉冲信号频率的目的。脉冲分配器是由门电路和双稳态处发起组成的逻辑电路，它根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系加到放大器上，使步进电机按一定的运行方式运转。

步进电机的钉子绕组可以是任意相数，常有三相制，四相制，五相制，六相制4种。根据转子结构不同，步进电

机分为3种：反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）和混合式步进电机（HB）。其中反应式步进电机结构最为简单，应用最广泛。绕组通电方式通常有单排方式、双拍方式和单双拍方式3种。

通过软件编程，用单片实现步进电机控制的脉冲分配；实现步进电机的正常工作。根据题目要求，开机后，电机不转，按下前进，后退，左转，右转任意一按钮，电机按设置的方式转动，当按下停止按钮后，电机停止转动。

电机的不同转速通过设置延时时间常数来确定。延时时间常数越小电机转速越快.反之越快。

4. 设计方案

4.1 整体方案

本系统主要是由AT89C51，步进电机控制器ULN2004，步进电机，通过单片机编程，实现步进电机控制的脉冲分配，使电机实现正转，反转以及停止等功能。

4.2具体实现方案

根据系统要求画出单片机控制步进电机的控制框图，见下图（1）。系统包括单片机、按键和步进电机。

(1)单片机控制步进电机的控制框图

开始通电后，步进电机停止转动，单片机分别接有按钮开关K1，K2，K3，K4用来控制步进电机的不同转向，不同转速，当按下K1后，电机正转；当按下K2后，电机反转，当按下K3，电机停转。

为实现电机加速，减速，给电机设置不同延时时间常数，根据时间常数的不同，电机转速不同，延时时间常数越大，电机转速越慢，延时时间常数越小，电机转速越快。

5．硬件电路的设计

5.1 硬件线路

根据系统框图，可以设计出单片机控制步进电机的硬件电路图，电路图见附录图（2），图（3），图（4）为提高部

分电

5．2工作原理：

单片机的选择，单片机的种类较多，选择时应根据控制系统的程序和数据量的大小来确定。由于本系统控制简单，程序和数据量都不大，因此我们选用89C51单片机，89C51晶振

频率采用12MHZ。

外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

①XTAL1:接外部晶体的一个引脚.在单片机内部,它是构成片

内振荡器的反相放大器的输入端.当采用外部振荡器时,该引脚接受振荡器的信号,即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端.

②XTAL2:接外部晶体的另一个引脚.在单片机内部,它是上述

振荡器的反相放大器的输出端.采用外部振荡器时,此引脚应悬浮不连接.

③单片机外接电路

时钟产生产生和复位电路

片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在1.2MHz～12MHz之间选取。

C1、C2是反馈电容，其值在5pF～30pF之间选取，典型值为30pF。本电路选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz。

这样就确定了单片机的4个周期分别是：

振荡周期＝1/12sμ；

机器周期（SM）＝sμ1；

指令周期＝sμ4

1。

~

晶振电路如下图所示。