步进电机调速控制系统方案

物联网控制课程设计说明书

院（部）：信息与电气工程学院

专业：物联网工程

所在班级：物联121

姓名：明钰

学号：

指导教师：汪明

成绩：

2015年7月

目录

控制原理与技术课程设计 (1)

摘要 (2)

一、设计的目的与要求 (2)

1.1 设计目的 (2)

1.2 设计要求 (2)

二．方案的设计 (3)

2.1 设计分析 (3)

2.2 方案选择 (3)

2.2.1核心单片机的选择 (3)

2.2.2 步进电机选择 (8)

2.2.3 程序流程图 (10)

2.2.4结构框图 (12)

2.2.5程序设计 (12)

结论 (16)

致 (16)

参考文献 (17)

摘要

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步进电机件。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，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

本文应用单片机AT89C52和步进电机驱动器等，构建了步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。通过AT89C52完成步进电机的各种运行控制方式，实现步进电机的正反转控制和加减速控制。整个系统采用模块化设计，通过人机交互换接口可实现各功能设置，操作方便，结构简单。该系统可应用于步进电机在机电一体化控制等大多数场合。

一、设计的目的与要求

1.1 设计目的

（1）完成转速负反馈直流调速控制系统设计（所设计系统可以是同学们自行选定的控制系统），要求运用已学过的各类传感器、执行器、微控制器、I/O 接口等知识，完成该系统的硬件方案、设备选型和系统设计.

（2）通过课程设计，巩固和加深了对“微机原理与接口技术”课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握计算机接口应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。

（3）加深对计算机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

1.2 设计要求

按照电路设计的一般规、产品设计流程进行系统设计，做到“成本低、功能强、使

用方便、可靠性高”的基本要求。要求撰写设计说明书并绘制相关图纸。

二．方案的设计

2.1 设计分析

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。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。本次课程设计所设计的步进电机的控制系统可通过键盘设定转速和方向，并能显示转速。

2.2 方案选择

2.2.1核心单片机的选择

单片机选用STC 公司的 STC89C52

STC 公司的 STC89C52 型 CPU。STC89C52 是 STC 公司生产的 8 位 CMOS 微控制器，储存器是 8K 容量，它拥有很高的性能，但是同时却只消耗很少的电能。STC89C52 虽然也是采用经典的 51 核，但是对其作了许多改进，使其相比传统 51 单片机的芯片，有更多实用功能。它的 8k 容量，足够为种类繁多的嵌入式控制应用系统提供特别灵巧、特别有效的解决方案。具备下列标准配置： 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。此外STC89C52 提供两种软件可选择节电模式，原理是降至 0Hz 静态逻辑操纵。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护模式下，RAM保持原来的容，振荡器不工作，直到下一个中断或硬件复位为止，单片机都不会工作。最高运行频率 24MHz，6T/12T 可选。

1.MCS-52单片机部结构：

MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需要的基本功能部件。MCS-51单片机包含下列几个部件：

◆一个8位CPU；

◆一个片振荡器及时钟电路；

◆ 4K字节ROM程序存储器；

◆ 128字节RAM数据存储器；

◆两个16位定时器/计数器；

◆可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路；

◆ 32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；

◆一个可编程全双工串行口；

◆具有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。

CPU

CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。

⑴运算器

运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。可以对半字节（4位）、单字节等数据进行操作。例如能完成加、减、乘、除、加1、减1、BCD码十进制调整、比较等算术运算和与、或、异或、求补、循环等逻辑操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器。

8051运算器还包含有一个布尔处理器，用来处理位操作。它是以进位标志位C为累加器的，可执行置位、复位、取反、等于1转移、等于0转移、等于1转移且清0以及进位标志位与其他可寻址的位之间进行数据传送等位操作。也能使进位标志位与其他可位寻址的位之间进行逻辑与、或操作。

程序计数器PC

程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，共16位，可对64K程序存储器直接寻址。执行指令时，PC容的低8位经P0口输出，高8位经P2口输出。

令寄存器

指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，经译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。

定时与控制部件

①时钟电路