步进电机的控制

《RC正弦波振荡电路》

课程设计说明书

专业班级：2012级电子信息科学与技术2班姓名：

指导教师：江郑云

设计时间: 2014、11、26——2014、11、10

物理与电气工程学院

2014年11 月10 日

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的误差而无累计误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速。因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲就到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变步进电机的转速，从而实现步进电机的调速。在本设计方案中采用AT89C52型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。

关键词：步进电机单片机小系统数码管发光二极管

目录

一、引言 (1)

1.1 设计背景 (1)

1.2 设计要求 (2)

二、硬件电路的设计 (2)

2.1 系统总电路框图 (2)

2.2 电路单元 (2)

2.2.1 STC89C52小系统 (2)

2.2.2 ULN2003驱动芯片 (3)

2.2.3 步进电机 (4)

2.3原理图 (5)

2.3.1 最小系统原理图 (6)

2.3.2键盘模块原理图 (6)

2.3.3八位数码管显示原理图 (7)

2.3.4 电机驱动模块原理图 (7)

三、软件系统 (8)

3.1 系统流程图 (8)

3.2 主程序 (9)

四、参考资料 (11)

一、引言

1.1设计背景

一、步进电动机是将电信号转换成相应角位移或线位移的电动机,它的运用需要专门的驱动电源,驱动电源的输出受外部的脉冲信号控制。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度,这个角度称为距角。脉冲的数量决定了旋转的总角度,脉冲的频率决定了电机旋转的速度,改变绕阻的通电顺序可以改变电机旋转的方向。在数字控制系统中,它既可以用作驱动电机,也可用作伺服电机。它在工业过程中得到广泛的应用,尤其在智能仪表和需要精确定位的场合应用更为广泛。

二、步进电机有三线式、五线式、六线式三种,但其控制方式均相同,必须以脉冲电流来驱动。每旋转一圈以200个励磁信号来计算,则每个励磁信号前进1.8度,其旋转角度与脉冲成正比,正、反转可有脉冲顺序来控制。

三、步进电动机的励磁方式可以分为全部励磁及半步励磁,其中全部励磁又有1相励磁及2相励磁之分,而半步励磁又分为1－2相励磁。下图为步进电动机的控制等效电路,适应控制A、B、/A、/B的励磁信号,及每控制步进电机的转动。每输出一个脉冲信号,步进电机只走一步。因此,依序不断送出脉冲信号,步进电动机即可连续转动。

四、28BYJ-48是最普通的减速步进电动机,最大转速是14圈/分钟。该电机要是节拍太快的话,就不动了,而且还有一点异响。这个型号的电机最适合用于学习,真正现实中用处不大,无论是转速、扭曲都不太理想,唯一的优点就是价格便宜。28BYJ-48步进电机是四相八拍电动机,电压为DC5V～DC12V。当对步进电机按一定顺序施加一系列连续不断的控制脉冲时,它可以连续不断的转动。每一个脉冲信号使得步进电机的某一相或两相绕阻的通电状态改变一次,也就是对应转子转过一定的角度。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状态下运行,常见的通电方式有单(单相绕组通电)四拍(A-B-C-D-A),双(双相绕阻通电)四拍(AB-BC-CD-DA-AB),四相八拍(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)。

1.2 设计要求

本设计为步进电机单片机控制系统，其功能如下：

（1）控制电机的启动、停止；

（2）具有对步进电机的正反转、加减速控制；

（3）控制按钮分别为正转、反转、加速、减速键；

（4）通过LED灯显示转动方向；

（5）能够通过八位LED数码管显示当前的转动速度。

本设计的要求：

(1)独立设计原理图及硬件电路

(2)独立编写和调试相应的程序

(3)制作出相应功能的完整电路板

(4)掌握单片机和步进电机的原理及相应电路的设计

(5)熟悉KEIL、STC下载等软件的使用方法

(6)熟悉模块化设计的思想

(7)设计说明书按照格式规范，结构层次合理，设计重点突出，

并附上原理图和设计流程图。

二、硬件电路设计

2.1系统总电路框图

2.2 电路单元

2.2.1 STC89C52RC小系统

本设计的MCU是STC89C52RC单片机，此单片机的驱动能力强，程序存储器和RAM 都比较大，而且成本不高，能满足本设计的要求，其外型如图所示。

单片机小系统板

本设计单片机最小系统采用单片机的型号为STC89C52，结构包括CPU、存储器、并行接口、两个定时/计数器T0和T1、两个外部中断INT0和INT1和中断系统，外接晶振频率为11.0592MHZ 。如图

2.2.2 ULN2003驱动芯片

本设计使用的是生活中被广泛使用的电机驱动芯片ULN2003APG ，其内部结构及外形如图4所示。

步进电机驱动芯片

功率电子电路大多要求具有大电流输出能力，以便于驱动各种类型的负载。功率驱动电路是功率电子设备输出电路的一个重要组成成分。在大型仪器仪表系统中，经常要用到伺机电机、步进电机、各种电磁阀、泵等驱动电压高且功率较大的器件。ULN2000、ULN2800高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品就属于这类可控大功率器件，由于这类器件功能强、应用范围域广，深受用户的欢迎。

本设计采用ULN2003作为步进电机的驱动芯片，ULN2003电路具有以下特点：

电流增益高（大于1000）

带负载能力强（输出电流大于500mA）

温度范围宽（-40℃—85℃）

工作电压高（大于50V）

ULN2003 是由高电压达林顿晶体管阵列组成，因此一对输入输出最小单元其内部结构如下图

2.2.3步进电机

本设计使用步进电机28BYJ-48型四相五线电机，电压为DC5V。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四拍（单相绕组通电A-B-C-D-A），双四拍（双相绕组通电AB-BC-CD-DA-AB），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）。表1为单四拍驱动方式。

步进电机实物图