课程设计模板

基于STC12C5A60S2单片机步进电机

控制系统设计

院系电子信息工程学院

专业电子信息工程

班级 2

姓名

摘要

(居中，黑体小三字体，段前17磅，段后0磅，行距1.25)具有体积小、转矩大和速度范围宽的步进电机，在计算机和办公自动化飞速发展的今天，已经被广泛应在在各种领域中。在本文中，使用Visual Basic(以下简称VB)语言，编写步进电机控制系统的上位机软件，使用C语言编写步进电机控制系统的下位机软件。然后通过USB转串口实现计算机与单片机之间的串口通信，从而达到通过上位机软件实现对步进电机控制的目的。本设计的硬件主要包括单片机的最小系统模块、L298N驱动模块和USB转串口模块。

本文重点介绍了步进电机、STC12C5A60S2单片机、L298N芯片和串口通信的工作原理，简略的介绍了本系统的硬件和软件设计，同时还有对软硬件系统的调试。

关键词：四相五线步进电机；STC12C5A60S2单片机；Visual Basic；串口通信

目录

摘要 ............................................................................................................... I 目录 ............................................................................................................. II 1 引言 .. (1)

1.1 研究背景及意义(黑体四号字体，段前、段后0磅，行距1.25) (1)

1.2 本课题任务(黑体四号字体，段前、段后0磅，行距1.25) (1)

2 硬件设计 (1)

2.1 总体方案设计(黑体四号字体，段前、段后0磅，行距1.25) (1)

2.2 步进电机的概述 (2)

3 软件设计 (2)

3.1 上位机软件的任务 (2)

3.2 上位机的界面实现 (2)

3.3 在VB平台下实现串口通信 (3)

4 系统调试与实验 (4)

5 课程设计总结 (5)

5.1 遇到的问题及解决办法 (2)

5.2 总结与展望 (2)

参考文献 (6)

----------------------------------------------------------------------------

以下内容供参考！

1 引言

(居中，黑体小三字体，段前17磅，段后0磅，行距1.25)

1.1 研究背景及意义(黑体四号字体，段前、段后0磅，行距1.25)

随着计算机应用的普及和控制技术的发展，人类社会逐步进入了自动化时代，计算机技术也成为了自动化控制领域中重要的一部分。而一个完整的控制都要需要一个集散式计算机控制系统。在控制系统中，下位机主要实现的是目标任务的执行，而上位机则是控制、显示、数据的采集、分析、处理和人机对话。而利用计算机实现的测控系统大多是通过串口通信程序来实现上位机与下位机通信的。

1.2 国内外研究现状(黑体四号字体，段前、段后0磅，行距1.25)

根据对步进电机特点的上述介绍，可以发现即使它仅仅是一个很小的机种，但是在庞大的电机家族中仍然占有不可替代的位置。

在日本，60年代初就开发了投入数控装置使用的磁阻式步进电机，而在60年代中期混合式步进电机也相继出现。虽然我国对步进电机的研制几乎与日本是在同一时期就开始的，但是在发展速度并没有赶上同期的日本。在当时，只有像清华大学这样的少数高等学府才在从事这项研究工作。直到70年代初，由于电子工业和数字控制技术的快速发展，才使得步进电机的研究工作蓬勃发展起来。经过五十多年的理论完善，步进电机的发展趋势才有所缓和，但是在数字控制和自动化快速发展的今天，计算机应用的普及，办公自动化、仪器仪表和数控机床行业等飞速的发展，步进电机还是相当具有市场前景的。现在各个地方的步进电机控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正朝着全自动和无人化方向发展。

2 硬件设计

(居中，黑体小三字体，段前17磅，段后0磅，行距1.25)

2.1 总体方案设计(黑体四号字体，段前、段后0磅，行距1.25)

在本设计系统中，要求达到的目的是在步进电机转动的同时能够实现计算机对系统的调速。步进电机受电脉冲信号控制，但是由于脉冲信号小，驱动能力一般很弱，因此需要功率放大器电路来实现电机的驱动。而控制步进电机运转的脉冲信号则由单片机产生。通过对单片机进行软件的编程，从而实现了软件与硬件相结合的控制方法，达到了对步进电机的最佳控制。由于该设计系统对步进电机的转向和转速控制是由计算机进行，所以在单片机与计算机之间需要一个串口通信，从而实现计算机对步进电机控制的最终目的。方案设计流程如下图2-1所示。

图2-1 方案设计流程

2.2 步进电机的概述

步进电机最早是在20世纪20年代由英国人开发的，50年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，使得其对于数字化的控制变得更为容易。往后经过对步进电机不断改良，使得其在今日需要自动化程度高、定位精度高、效率高和灵活控制性能高的机械系统中到广泛的应用，尤其是在重视速度和位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合。

2.2.1 步进电机的种类

根据内部结构的不同，常见的步进电机可以分为永磁式（PM）、反应式（VR）和混合式（HB）三种结构[4]，如图2-2所示。

反应式(VR)永磁式(PM)混合式(HB)

图2-2 步进电机的结构

3 软件设计

在本设计系统中，要求达到的目的是在步进电机转动的同时能够方便计算机对系统进行调速。要实现计算机与单片机之间的通信，就需要上位机软件。上位机软件的主要功能就是选择特定的文件，并将其通过串行口发送给单片机。然后当单片机接收到计算机发出的指令后，根据已经编写好的下位机代码自动跳转到相应程序，让步进电机准确执行计算机发出的各种指令。

3.1 上位机软件的任务

3.2 上位机的界面实现

在VB软件中新建一个工程，在工程界面中创建四个Commandbutton，编辑这四个Commandbutton的属性，让他们分别对应加速、减速、正转、反转等四个功能。再创建两