步进电机角度控制 报告 最终

指导教师评定成绩：

审定成绩：

重庆邮电大学

自动化学院

综合设计报告

设计题目：步进电机角度控制

单位（二级学院）：

学生姓名：

专业：

班级：

学号：

指导教师：

设计时间：2014年10 月

重庆邮电大学自动化学院制

摘要

本设计以STC12C5A60S2单片机为控制核心，主要由L298电机驱动模块，步进电机，按键输入等模块组成。步进电机的特性决定了其精确控制步进角的功能，在此次课程设计中我们采用了28BYJ48步进电机，其步进角为0.6°基本符合设计需求。系统由按键设定目标角度，之后将旋转角度折合为脉冲数驱动步进电机，从而达到角度控制的目的，在控制过程中同时将已给脉冲数折合回角度量，通过1602液晶显示实时显示，经检测控制系统基本达到题目要求。

关键词：51单片机步进电机 L298电机驱动

目录

摘要 ............................................................................................................................................................ I

一、设计题目 (3)

二、设计报告正文 (3)

2.1 系统设计思路及总体方案 (4)

2.1.1 设计思路 (4)

2.1.2 系统控制总体方案 (4)

2.2 总体方案论证 (4)

2.2.1 主控芯片的选择 (4)

2.2.2 电机选择........................................................................................ 错误！未定义书签。

2.2.3 驱动芯片选择 (5)

2.2.4液晶显示器选择 (6)

2.3 硬件电路设计 (6)

2.3.1 硬件设计总体方案 (6)

2.3.2 51单片机最小系统硬件设计 (7)

2.3.3按键设计 (8)

2.3.4显示单元硬件设计 (8)

2.3.5电机驱动硬件设计 (9)

2.3.6步进电机 (10)

2.3.7原理图与PCB板 (12)

2.4 程序设计 (13)

2.4.1 程序流程 (13)

2.4.2 LCD1602显示程序 (14)

2.4.3步进电机驱动程序 (15)

四、设计总结 (13)

参考文献 (18)

附录（源代码） (19)

附录一：主程序（main.c） (19)

附录二：LCD1602程序 (19)

一、设计题目

设计步进电机模型控制-实现步进电机模型的控制，并根据上位机控制要求，显示电机速度和电机的当前速度。

单片机通过电机驱动电路控制步进电机的运转，通过按键输入步进电机的旋转角度，并能够在LED 上显示目标角度与实际运行的情况。PC 机通过串口与单片机通信，显示步进电机的运行情况。

要求：

1、采用单片机最小系统设计-实验室提供 基础模板，其他扩展部分采用焊接板完成。

2、模型由知道老师提供，不需要额外制作。

3、器件可以采用实验室的设备，不足的提供器件清单统一购买。

4、每个小组独立完成内容，最后要安排答辩，答辩不通过者视为不及格。

5、报告要求采用电气专业具体格式。

按键模块

驱动模块 单片机 步进 电机 PC 机 显示模

二、设计报告正文

2.1 系统设计思路及总体方案

2.1.1 设计思路

步进电机角度控制实质上通过对步进电机引脚按一定顺序加脉冲，步进电机转动相应的角度，从而实现较为精确的角度控制。本系统采用28BYJ-48型减速步进电机进行角度控制。

2.1.2 系统控制总体方案

单片机控制的反馈系统的结构框图如图2.1所示，其主要组成部分有：以51单片机为核心的控制单元、基于光敏电阻的传感器检测单元、A/D转换单元、PWM电机控制单元。

+

单片机模拟脉冲控制步进电机

图1-1 系统控制框图

单片机控制具体的工作过程是：通过检测按键的行为，确定需要转动的角度,经过判决处理，确定相应的脉冲序列输出一个转速控制信号,从而调节步进电机的转动角度，达到设定的目的值。单片机监控系统在本装置中起到了核心作用，单片机监控系统组要负责以下三个：

（1）现场数据监测。通过计算实际发生的脉冲数，确定实际的转动角度。

（2）现场控制。在本装置中，通过检测按键的状态，确定电机需要转动的角度，从而产生相应的脉冲控制步进电机达到相应的角度。

（3）显示监控。在系统中，可通过液晶显示模块实现数据的实时显示。

2.2 总体方案论证

2.2.1 主控芯片的选择

据本题的要求，整个系统中必须要有一个主控芯片来处理数据和控制操作，主要考虑以下两种方案：

方案一：STC12C5A60S2单片机是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,且速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。

1.增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；

2.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内)用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz～15.5MHz，

3.3V单片机为：8MHz～12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准；

3.PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）：——也可用来当2路D/A使用——也可用来再实现2个定时器——也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)；

4.A/D转换,10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA 软件实现多串口。

方案二：传统C51芯片，80C51芯片内部集成了CPU、RAM、ROM、定时/计数器和I/O口等各功能部件，并由内部总线把这些不见连接在一起，其内部包含以下一些功能部件：

1.一个8位CPU；

2.一个片内振荡器和时钟电路；

3.4KB ROM（80C51有4KB掩膜ROM，87C51有4KB EPROM，80C31片内有无ROM）；

4.128B内RAM；

5.可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；

6.两个16位定时/计数器；

7.21个特许功能寄存器；

8.4个8位并行I/O口，共32条可编程I/O端线；

9.一个可编程全双工串行口；

10.5个中断源，可设置成2个优先级。

STC12C5A60S2单片机明显比传统的C51单片机有独立的PWM模块和AD模块，且运算速度快，综合考虑采用方案一。

2.2.2 驱动芯片选择

方案一：采用功率三极管作为功率放大器的控制步进电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，但是电路比较复杂。

方案二：使用ULN2003作为驱动芯片，ULN2003是高耐压、7电路达林顿阵列，由七个硅NPN达林顿管构成，每一对达林顿都串连一个27K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和COMS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态是承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并运行。