微机实验报告 步进电机正反转及调速设计

微机原理与接口设计实验报告步进电机正反转及调速设计

专业：机械设计制造及其自动化

班级：10090112

小组成员：周先军 10901239

张赓 10901240

胡一国 08901312

组别： B5

摘要：本系统是基于STM8系列单片机的步进电机转速转向控制器。该系统采用STM8S103F3P6单片机作为主控制器，运用L298全桥驱动器驱动步进电机，通过摇杆、按键控制电机转速，并且通过1602液晶显示器显示当前转速。该系统中使用的四相步进电机，具有控制精度高，转动扭矩大等特点，实际生产中有广泛的运用。系统中除了传统按键控制外，还增加遥控控制，单片机通过AD读取摇杆控制信号，实时控制电机转速。整个系统具有结构简单、可靠性高、成本低和实用性强等特点，具有较高的通用性和应用推广价值。

关键词：四相步进电机 STM8单片机控制 L298驱动电路正反转摇杆控制

一、系统方案

1.1控制系统方案

方案一：采用8086系列单片机。8086是Inter系列的16位微处理器，数据处理能力强。但是8086系列的CPU指令数据需要放置在内存中，需要依赖外部非易失存储器和RAM才可以工作，外部电路复杂。

方案二：采用STM8系列单片机。STM8是意法半导体生产的8位单片机，哈弗结构。拥有8K字节Flash，1K字节RAM，1K EEPROM，内部集成5路10位ADC，高级控制定时器可带死区控制PWM 、以及SPI 、I2C等接口。整体性能优越，价格便宜，周边电路简单。

综上对比，选择方案二。

1.2驱动电路方案

方案一：采用ULN2003达林顿管阵列控制电机。ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成，工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA。但系统采用通用四线四相步进电机，需要两路同时灌、输电流，该驱动设计只能满足5线步进电机的驱动，不符合要求。

方案二;采用L298集成全桥驱动芯片。L298内部含有4通道逻辑驱动电路，是一种二相和四相电机专业驱动器，内含有两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接受标准的TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。具有灌电流功能。适用于本系统采用的4线步进电机，经对比采用方案二。

1.3 控制信号采集

方案一：通过按键输入，控制电机转速加减。有液晶屏幕辅助显示设定电机转向、转速信息。

方案二：通过PS2摇杆和MMA7361加速度传感器产生欲控制的信号，通过单片机的AD采样进行信号采集，进行实时控制。

对比两种方案，方案二操作更加方便直观，用户体验乐趣强，电路设计简单。因此采用方案二。

1.4 电源供电电路

本系统中步进电机供电7.2V,单片机控制板供电5V，最小系统板供电3.3V，传感器供电3.3V。为了使用方便，本系统采用7.2V电池组统一供电。通过开关电源芯片TPS54331降压到5V，为单片机控制板供电；采用LM1117-3V3线性电源芯片降压到3.3V，为单片机和传感器供电。

1.5系统组成框图

图 1.5

二、硬件设计

2.1、驱动电路（L298）

图2.1

2.2、控制系统电路(STM8)

图 2.2 2.3、供电电源电路(TPS54331)

图 2.3

三、软件设计

整个系统软件分为AD信号采集和电机信号输出两个部分。采集信号的AD 值与程序设定的中值范围（AD0-AD1）进行比较。小于AD0，输出反转信号；大于AD1，输出正转信号。实际AD值与中间值差值，对应输出信号频率，从而控制步进电机转速。（附录1）

四、测试方案和测试结果

4.1步进电机相序测试

四线步进电机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，四相电机既有有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度。当电机绕

组通电时序为AB-BC-CD-DA时为正转，通电时序为DA-CA-BC-AB时为反转。

4.2 电机控制信号测试

为了检测单片机输出信号，在控制电路板上安装了一组LED灯。通过观察LED灯的闪烁顺序，校验输出电机的信号相序。单片机通过PA5采集传感器信号，通过PC3、PC4、PC5、PC6四个I/O口输出控制信号。默认状态为低电平，对于LED为亮；当I/O口置高，LED灯熄灭。用摇杆摆动输入欲控制信号，单片采样处理后输出，通过观察熄灭LED灯的流动顺便和周期大小，可以直观的反映I/O 口输出信号，从而能很好的校验输出相序信号。

4.3测试结果分析

连接好个模块电路，接通电源。首先使用摇杆做传感器，摇杆复位处于中间状态时，电机停止；往左摇动，电机反转，往右摇动，电机正转。而且摇动幅度越大，转速越快。使用加速度，将传感器平放，电机停止；向左倾斜，电机反转；向右倾斜，电机正转；倾斜角度越大，转速越快。经过以上测试，该系统比较好完成了题目的设计要求。

五、总结

本设计较完满的完成了题目的基本要求。采用STM8单片机，运用C语言编写程序；运用Altium Designer设计PCB电路，通过打印、转印、腐蚀、钻孔等工序制作腐蚀电路板；通过网站下载芯片PDF文档，学习了怎么使用新的电子芯片，设计周边电路。传感器部分使用PS2摇杆和加速度传感器，使得实际操控有很多的乐趣。通过本设计，很好的了解了电路板的设计制作过程，增强了团队的合作精神。通过测试，成功实现了四线步进电机的正反转及转速控制。

附件 1

/** 微机原理与接口设计 B5 LED流水灯（步进电机）

周先军

2013 4 25 */

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "stm8s.h"

#include "USART.h"

#include "delay.h"

#include "1602.h"

#include "PWM.h"

#include "TIM.h"

#include "ADC.h"

#include "GPIO.h"

#include "eeprom.h"

#include

/* Private defines -----------------------------------------------------------*/ void CLK_Configuration(void);

void GPIO_Configuration(void);

void EXTI_Init(void);

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/ //串口参数

u8 RxBuffer1[40];

u8 RxCounter1=0;

u8 RxBuffer2[40];

u8 RxCounter2=0;

void main(void)

{

u16 AD;

int i;

CLK_Configuration();

GPIO_Configuration();

ADC_Init(2,ADC1_PRESSEL_FCPU_D8);

ADC_Init(3,ADC1_PRESSEL_FCPU_D8);

ADC_Init(4,ADC1_PRESSEL_FCPU_D8);

ADC_Init(5,ADC1_PRESSEL_FCPU_D8);

ADC_Init(6,ADC1_PRESSEL_FCPU_D8);

Init_1602();

//UART1_DeInit();

Uart1_Init(115200);

__enable_interrupt(); //开中断