步进电机无级调速系统的设计

摘要
单片机的应用正在不断深入和创新，作为一门我们专业相当重要的专业课程，同时带动着传统控制检测日新月异的更新。

此设计利用实验室中的试验箱单片机结构作为核心部件进行调试和创新，其中对步进电机背景与现状、系统硬件设计、软件设计及其仿真调试过程都作了详细的介绍，使我们组的每个成员不仅对步进电机的原理有了深入的了解，也对单片机的设计研发过程以及知识的学习都有了很深入的体会和提高。

本控制系统的设计采用实验室中的试验箱单片机控制，通过人为按动各开关实现步进电机的开关，以及电机的加速及减速功能，另外还增加可设正反转的功能，具有灵活方便、适应范围广易懂的特点，能够满足实现自身实践动手能力提高的需求。

一、设计任务与要求
二、硬件设计
1、硬件电路框图
图2.1 2、电路分析
2.1单片机最小电路
图2.1.1
单片机最小电路由电源电路、复位电路、晶振电路组成：
1)电源电路（如图2.1.1）中C1（0.1uF的电容）、C2（47.uF的电容）起滤波作用，C1过
滤高频信号，C2过滤低频信号。

图2.1.2
2)复位电路（如图2.1.2），当VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机
复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。

工作期间，K1闭合时，C放电；K1断开时，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。

图2.1.3
3)在晶振电路（如图3.1.3）中，晶振采用12M的晶振，实现1us的机器周期。

图2.1.4
2.2步进电机驱动电路
图2.2
ULN2003A资料：
ULN2003 的每一对达林顿都串联一个 2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 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
003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还
可以在高负载电流并行运行。

它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。

ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。

用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。

采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。

通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应
该悬空或接电源
2.3键盘显示电路
图2.3
8279特点：
(1)可同时进行键盘扫描及文字显示；
(2)键盘扫描模式；
(3)传感器扫描模式；
(4)激发输入模式；
(5)8乘8键盘FIFO(先进先出)；
(6)具有接点消除抖动，2键锁定及N键依此读出模式；
(7)双排8位数或双排16位数的显示器；
(8)右边进入或左边进入。

16位字节显示存储器。

8279引脚说明<1>DB0~DB7：双向数据总线。

在CPU与8279间做数据与命令传送。

<2>CLK：8279的系统时钟，100KHz为最佳选择。

<3>RESET：复位输入线。

输入HI时可复位8279。

<4>CS：芯片选择信号线。

当这个输入引脚为低电平时，可将命令写入8279或读取8279的数据。

<5>A0：缓冲器地址选择线。

A0=0时，读写一般数据；A0=1时，读取状态标志位或写入命令。

<6>RD：读取控制线。

RD=0时，8279输送数据到外部总线。

<7>WR：写入控制线。

WR=0时，8279从外部总线接收数据。

<8>IRQ：中断请求。

平常IRQ为LO，在键盘模式下，每次读取FIFO/SENSOR RAM的数
据时，IRQ变为HI，读取后转为LO；在传感器模式下，只要传感器一有变化，就会使IRQ 变为HI，读取后转为LO。

<9>SL0~SL3：扫描按键开关或传感器矩阵及显示器，可以是编码模式(16对1)或解码模式(4对1)。

<10>RL0~RL7：键盘/传感器的返回线。

无按键被按时，返回线为HI；有按键被按时，该按键的返回线为LO。

在激发输入模式时，为8位的数据输入。

<11>SHIFT：在键盘扫描模式时，引脚的输入状态会与其它按键的状态一同储存(在BIT6)，内部有上拉电阻，未按时为HI，按时为LO。

<12>CNTL/STB：在键盘扫描模式时，引脚的输入状态会与SHIFT以及其它按键的状态同一储存，内部有上拉电阻，未按时为HI，按时为LO。

在激发输入模式时，作为返回线8位数据的使能引脚。

<13>OUTA0~OUTA3：动态扫描显示的输出口(高4位)。

<14>OUTB0~OUTB3：动态扫描显示的输出口(低4位)。

<15>BD：消隐输出线。

三、电路原理图与说明
图3.1
四、软件设计流程图
五、程序清单
六、心得体会
经过这么长时间的努力终于将课程设计完成了，在这次设计中，我们的电路知识得到了很好的补充和巩固，还使我提高了将理论知识运用到实际中的能力。

通过这次课程设计，更深一步掌握了51单片机的原理，了解了简单步进电机控制系统的组成原理，并初步掌握了步进电机设计及测试方法。

提高了动手能力。

同时通过本次设计与调试，巩固了已学的理论知识，将单片机的理论和实践相结合，了解到步进电机各单元电路之间的关系及影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。

初步掌握步进电机控制系统的设计及测试方法，提高率动手能力。

在这次的课程设计中非常感谢老师的指导与帮助，使我们的课程设计能更好的完成，这对于我们今后的学习、工作和生活都有很大的帮助。

同时，我们也充分认识到团队合作的重要性，这次经历对于我们以后的发展无疑是相当有帮助的。

相信有了这次积累，毕业后的工作学习将会更加顺利。

七、参考文献
[1] 朱兆优陈坚王海涛编著. 单片机原理与应用. 北京：电子工业出版社，2010年7月
[2] 肖静编. 《mcs-51实验指导书》实验指导书. 东华理工大学机电学院
[3] 周荷琴吴秀清编著. 微型计算机原理与接口技术.第四版. 中国科学技术大学出版社，2008年12月
[4] 蔡明文冯先成编著. 单片机课程设计. 湖北京：华中科技大学出版社，2009年7月。