步进电机转速控制系统

成绩课程设计报告

题目：步进电机转速控制显示系统

学生姓名：陶宁

学生学号：**********

系别：电气信息工程

专业：自动化

届别：2013届

指导教师：苗磊

电气信息工程学院制

2012年5月

步进电机转速控制显示系统

学生：陶宁

指导教师：苗磊

电气信息工程学院自动化系

1课程设计的任务与要求

1.1 课程设计的任务

对于步进电机的进行转速控制，包括正转与反转，并且通过LCD显示。

1.2 课程设计的要求

该设计要求通过程序实现单片机对电动机进行控制。共包含五个键盘，分别操控正转、反转、停止、加速、减速。并且讲电动机的转动状态反映在LCD上。

1.3 课程设计的研究基础

2步进电机转速控制显示系统方案制定

2.1 方案提出

方案一：使用开关直接控制电动机的正反转以及转速控制，此种设计非常简便易操作，共两个开关控制。

图1 方案一

方案二：使用四个五个开关分别控制电机的正转、反转、停止、加速、减速。

图2方案二

2.2 方案比较

方案一：本方案十分简单，除了实现正常的正转反转，只能实现步进电机的正转加速，还有反转减速，并不能实现正转减速或者反转加速等功能。程序设计上比较简单，实用性不大。

方案二：本方案较方案一复杂些，并且成功的实现了电机的正转加速和减速，反转的加速和减速，简单明了，控制范围更大，实用性更强。但是由于复杂性增加，程

序的编写难度上就增加了。

2.3 方案论证

对于以上两个方案比较分析得出：方案二成功的实现了方案一所有的功能，而且其他功能上更加全面。使用上也更加易操作。方案一对于简单的应用可以适用，但局限性很大，有时无法实现必要的功能。

2.4 方案选择

根据以上的比较论证，选择方案二。

3 步进电机转速控制显示系统方案设计

3.1各单元模块功能介绍及电路设计

该设计分为控制模块，驱动模块，显示模块。

控制模块：五个开关控制单片机的输入高低电平，通过单片机的接口功能设计程序控制输出电平的高低最后达到控制电动机正反转的功能。

驱动模块：通过单片机的P0.0到P0.3控制步进电机之前的放大噐ULN2003A，从而达到控制步进电机转速的效果。

显示模块：通过单片机中的P3.0到P3.5和P2.7控制LCD 12864，以显示目前电动机的状态。

3.2电路参数的计算及元器件的选择

12864液晶电源：VDD：+5V；LCD外接驱动电压为-5.0~-14.0V。

步进电机：额定电压12V；额定电流0.5A。

ULN2003A输入额定电压为+12V。

3.3 特殊器件的介绍

（1）AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

1）主要特性

a.与MCS-51 兼容

b.4K字节可编程闪烁存储器

c.寿命：1000写/擦循环

d.数据保留时间：10年

e.全静态工作：0Hz-24Hz

f.三级程序存储器锁定

g.128*8位内部RAM

k.可编程串行通道

l.低功耗的闲置和掉电模式

m.片内振荡器和时钟电路

2）管脚说明

a.VCC：供电电压。

b.GND：接地。

c.P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

d.P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

e.P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流。

f.P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流[3][4]。

（2）ULN2003A

ULN2003A是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003A输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003A输出端为高电平。共16个端口，其中1~7 口为输入端口，相对应16~10口为输出端口。8号口9号口为地与com端口[3]。

图3 ULN2003A

（3）步进电机MOTOR-STEPPER

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，从而达到调速目的[3]。

3.4 系统整体电路图

图4系统整体电路图

4 步进电机转速控制显示系统仿真和调试

4.1 仿真软件介绍

本设计主要采用Protues软件，Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三