单片机课程设计

课程设计报告

题目单片机控制步进电机

课程名称单片机原理及接口技术

院部名称

专业自动化

班级M10自动化

学生姓名

学号

课程设计地点

课程设计学时

指导教师高峰

金陵科技学院教务处制

【注：根据课程设计大纲第四项具体要求撰写课程设计报告】成绩

目录

1设计任务和要求 (3)

2设计思路 (4)

3系统硬件设计 (5)

3.1 硬件电路的工作原理 (5)

3.2步进电机模块 (5)

3.3控制模块 (6)

3.4主要元件介绍： (6)

4软件编程 (11)

5 调试过程与结果 (20)

5.1正转结果显示： (20)

5.1.1正转加速： (21)

5.1.2正转减速： (21)

6 总结与体会 (24)

7 参考资料 (26)

8 附录 (26)

1设计任务和要求

单片机课程设计是考察学生利用所学过的专业知识，进行综合的电机控制系统设计并最终完成实际系统连接，能够使学生对电气与自动化的专业知识进行综合应用，培养学生的创新能力和团队协作能力，提高学生的动手实践能力。最终形成一篇符合规范的设计说明书，并参加综合实践答辩，为后期的毕业设计做好准备。

本次设计考核的能力主要有：

1)专业知识应用能力，包括电路分析、电子技术、单片机、检测技术、电

气控制、电机与拖动、微特电机及其驱动、计算机高级语言、计算机辅

助设计、计算机办公软件等课程，还包括本专业的拓展性课程如变频器、组态技术、现场总线技术、伺服电机等课程。

2)项目设计与运作能力，团队协作能力，技术文档撰写能力，PPT汇报与

口头表达能力。

3)电气与自动化系统的设计与实际应用能力。

要求完成的工作量包括：

1)现场仿真演示效果。

2)学生结合课题进行PPT演讲与答辩。

3)学生上交课题要求的各类设计技术文档。

2设计思路

电路基本理论:

步进电机是一种将电脉冲转变为角位移的执行机构，通俗一点讲：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。可通过控制脉冲数来控制角位移量，从而达到准确的定位目的。通过对步进电机的软件设计和硬件设计包括步进电机的结构、原理及应用，根据原理和硬件的设计利用c语言编写程序，经过反复运行和调试，实现单片机对步进电机的控制。

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。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，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。控制步进电机的速度，即给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步，两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。同时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。

基于单片机和proteus的步进电机控制电路的基本组成如图所示：

根据设计要求，采用的方案如下。硬件部分实现电机转动，包括控制开关模块；电机转动模块。软件部分实现对步进电机的控制功能，主要设计思想通过控制台控制程序的开关来控制电机的转动。电源驱动89C51单片机，在89C51中装

载程序，通过开关按键来输入信号，89C51向驱动电路提供信号使步进电机动作。3系统硬件设计

3.1 硬件电路的工作原理

总电路图

通过对开关k1 k2 k3的开关，来实现对步进电机的正反转和停止，通过k4 k5来进行加减速，并且有相应的LED灯的显示。

3.2步进电机模块

功能：单片机输出的程序通过转换器和电机驱动器给步进电机一个脉冲信号，使步进电机实现正转与反转。

3.3控制模块

功能：通过控制台实现对单片机程序的开与关

3.4主要元件介绍：

3.4.1步进电机：

步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是：它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。

步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式(HB)，步进电机又称为脉冲电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动，反转和制动的执行元件，其功用是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移，由于开环下就能实现精确定位的特点，使其在工业控制领域获得了广泛应用。步进电机的运转是由电脉冲信号控制的，其角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每个一个脉冲，步进电机就转动一个角度（不距角）或前进、倒退一步。步进电机旋转的角度由输入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电机为数字/角度转换器。

步进电机28BYJ48：

步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。。。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC- CD-DA-AB-。。。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。）

四相步进电机有两种运行方式，一、四相四拍；二、四相八拍。

要想搞清楚四相八拍运行方式下步进电机的转速如果计算，需要先清楚两个基本概念。

1、拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.

2、步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。

这两个概念清楚后，我们再来计算转速，以基本步距角1.8°的步进电机为例（现在市场上常规的二、四相混合式步进电机基本步距角都是 1.8°），四相八拍运行方式下，每接收一个脉冲信号，转过0.9°，如果每秒钟接收400个脉冲，那么转速为每秒400X0.9°=360°，相当与每秒钟转一圈，每分钟60转。

由于单片机接口信号不够大需要通过ULN2003放大再连接到相应的电机接口，如下：