步进电动机控制系统设计报告

单片机原理与应用课程设计说明书

题目：步进电动机控制系统设计

系部：

专业：

班级：2013级1班

学生姓名: 学号:

指导教师:

2013年 6 月22 日

目录

1.项目设计任务与要求 (1)

2．项目设计方案 (1)

2.1设计思路 (1)

2.2器件选择方案 (1)

2.2.1 单片机的选择 (1)

2.2.2 AT80C51的主要性能 (1)

2.2.3 AT80C51引脚图 (2)

2.2.4 管脚作用： (2)

2.2.5 四相步进电动机工作原理 (3)

3 .硬件电路设计 (5)

3.1步进电动机介绍 (5)

3.2 步进电动机控制系统电路设计 (5)

3.3步进电动机驱动电路 (5)

3.4按键与指示电路 (6)

3.5晶振电路和复位电路 (8)

4.项目软件设计 (9)

5.项目仿真与调试 (12)

5.1程序的调试 (12)

5.2步进电动机控制系统仿真 (13)

5.2.1步进电动机正转仿真 (13)

5.2.2步进电动机反转仿真 (14)

5.2.3步进电动机停止仿真 (14)

6.结论 (15)

7.附录 (16)

参考文献 (18)

1.项目设计任务与要求

使用80C51单片机对四相步进电动机进行控制，使其能够顺时针或逆时针旋转。

1)电动机运行平稳，正反转控制自如；

2）根据要求改变运行圈数和运行速度；

3)写出详细的电路工作原理、参数计算；

4)画出仿真电路图；

5)仿真测试并记录结果。

2．项目设计方案

2.1设计思路

步进电动机驱动原理如下：单片机发出脉冲信号，控制步进电动机定子的各相绕组以适当的时序通、断电，使其作步进式旋转。四相步进电动机各相绕组的通电顺勋可以单四拍（A→B→C→D）、双四拍（AB→BC→CD→DA）和单双八拍（A→AB→B→BC →C→CD→D→DA）的方式进行。按上述顺序切换，步进电动机转子按顺时针方向旋转。若通电顺序相反，则电动机转子按逆时针方向旋转。

2.2器件选择方案

2.2.1 单片机的选择

本设计采用AT80C51单片机，80C51单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、价格便宜、耗电低、技术成熟和成本低等优点。许多功能部件集成在芯片内部，其信号通道受外接影响小，可靠性高，控制能力强，运行速度快等特点。

2.2.2 AT80C51的主要性能

1．与STC89C52 单片机产品系列兼容；

2．片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器；

3.存储数据保存时间为10年；

4.宽工作电压范围：VCC可为2.7V到6V；

5.全静态工作：可从0Hz至16MHz ；

6.程序存储器具有3级加密保护；

7.128*8位内部RAM；

8.32条可编程I/O线；

9.两个16位定时器/计数器；

10.中断结构具有5个中断源和2个优先级；

11.可编程全双工串行通道；

12.空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。

2.2.3 AT80C51引脚图

图1 80C51 PDIP封装引脚图

2.2.4 管脚作用：

VCC：电源电压，AT80C51电源的正极输入端，接+5V电压使AT80C51单片机正常工作。是单片机的电源提供端口。

GND：接地。

P0：P0口(P0.0～P0.7)是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线（低8位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I／O口用P0口每一个引脚可以推动8个LSTTL负载。

P1：P1口(P1.0~P1.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O 口)，其输出可以推动4个LSTTL负载。仅供用户作为输入输出用的端口。

P2：P2口(P2.0~P2.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O口)，当访问外部程序存储器时，它是高8位地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I／O口用。每一个引脚可以推动4个LSTL负载。

P3：P3口(P3.0~P3.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O 口)，它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能。其特殊功能引脚分配如下：

P3.0 RXD串行通信输入。

P3.1 TXD串行通信输出。

P3.2 INT0外部中断0输入，低电平有效。

P3.3 INT1外部中断1输入，低电平有效。

P3.4 T0计数器0外部事件计数输入端。

P3.5 T1计数器1 外部事件计数输入端。

P3.6 WR外部随机存储器的写选通，低电平有效。

P3.7 RD外部随机存储器的读选通，低电平有效。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。PSEN：外部程序存储器的选通信号。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

EA/VPP：片内片外程序储存器选择控制端。

PSEN：片外程序储存器（ROM）选通线。

2.2.5 四相步进电动机工作原理

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

如下所示的步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图2是该四相反应式步进电机工作原理示意图。