基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(已修改)
2026-06-29 02:15 本頁面
【正文】 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)運(yùn)城學(xué)院單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單 位 運(yùn)城學(xué)院 所在院（系） 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 班 級(jí) 1201 班 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 王明宇 郭西西 王 超 李嘉嘉 黃 凱 王 丹 2015年 5 月 28 日目 錄………………………………………………1 ……………………………………1 ………………………………………………1 原理圖設(shè)計(jì)要求 ……………………………………………1 ………………………………………………1 ………………………………………………1 ………………………………………………………5…………………………………………5………………………………………………5………………………………………………………10 系統(tǒng)軟件運(yùn)作主流程圖 ……………………………………10 ……………………………………………11 ……………………………………………………11 ……………………………………………………15 ……………………………………………………15人員分工：序號(hào) 姓名 主要工作1 王明宇 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2 郭西西 王 超 硬件設(shè)計(jì)及制作 3 李嘉嘉 軟件設(shè)計(jì) 4 黃 凱 王 丹 系統(tǒng)的軟件調(diào)試和硬件調(diào)試II(1) 進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。(2) 設(shè)計(jì)一套硬件系統(tǒng)較簡單、經(jīng)濟(jì)，但功能較為齊全，適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便，交互性強(qiáng)，可靠性高的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。(3) 通過課程設(shè)計(jì)，能夠有機(jī)地把電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、電機(jī)的控制技術(shù)結(jié)合起來(4) 通過實(shí)際程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計(jì)方法和調(diào)試技術(shù)。(5) 通過完成一個(gè)包括電路設(shè)計(jì)和程序開發(fā)的完整過程，使學(xué)生了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)及的全過程，為今后從事相應(yīng)的工作打下良好的基礎(chǔ)。2．課程設(shè)計(jì)題目描述和要求用單片機(jī)完成基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號(hào)變成直線位移或角位移的控制電機(jī)，其位移速度與脈沖頻率成正比，位移量與脈沖數(shù)成正比。步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)，該矢量場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁極磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一著該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。 原理圖設(shè)計(jì)要求(1) 原理圖設(shè)計(jì)要嚴(yán)格符合作圖規(guī)范（布局、連線要正確，連線端子要有標(biāo)號(hào)等）。(2) 圖中所使用的各元器件要按標(biāo)準(zhǔn)正確標(biāo)明序號(hào)及數(shù)值（如，P0 口；RST；）。(3) 原理圖要完整（電源，單片機(jī)，外圍器件，擴(kuò)器接口，輸入/輸出裝置等要一應(yīng)俱全）。(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將總體功能分解成若干個(gè)子功能模塊，每個(gè)功能模塊完成一個(gè)特定的功能。(2) 根據(jù)總體要求詳細(xì)分解各功能模塊，并確定各功能模塊之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)出完整的程序流程圖（按流程圖設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)完成設(shè)計(jì)）。 程序調(diào)試要求(1) 利用C語言編寫程序（按C語言書寫標(biāo)準(zhǔn)完成程序設(shè)計(jì)）。(2) 通過keil調(diào)試（按步驟一步一步完成程序調(diào)試、包括斷點(diǎn)設(shè)置、內(nèi)存及代碼分析等）。(3) 通過Altium Designer 。(4) 通過實(shí)驗(yàn)板檢驗(yàn)及調(diào)試。(5) 程序調(diào)試將設(shè)計(jì)完的程序輸入，匯編，排除語法錯(cuò)誤，生成HEX文件（執(zhí)行、檢查、修改程序，直到達(dá)到要求為止）。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89S51來作為整個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心部件，采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298及其外圍電路構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，再加上作為執(zhí)行部件的步進(jìn)電機(jī)來構(gòu)成了一個(gè)基本的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的具體功能和要求如下： ； 。 、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制； 。 ，最低轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分，最高轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分； ； 整個(gè)系統(tǒng)的組成包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，串口下載模塊，數(shù)碼管顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊，獨(dú)立按鍵等模塊組成。具體框圖如圖所示：采用AT89S51單片機(jī)構(gòu)成了控制系統(tǒng)的核心，其基本模塊就主要包括復(fù)位電路和晶體震蕩電路。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，單片機(jī)的P 0口、P 1口、P 2口、P 3口全部參與系統(tǒng)工作，：單片機(jī)端口分配及功能其中P 0口用于控制數(shù)碼管的具體顯示功能，既是數(shù)碼管的段選。P 1口主要用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的工作，以及ADC0804芯片的編程的讀寫控制。P 2口主要用于控制數(shù)碼管的公共端，既是數(shù)碼管的位選。與此同時(shí)還處理鍵盤掃描電路的。P 3口主要用于負(fù)責(zé)處理ADC0804的模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片的工作。1. 串口通信模塊本設(shè)計(jì)采用串口通信，來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的通信。其具體的電路圖如圖所示。2．?dāng)?shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的顯示部分可以用液晶顯示的方案可供選擇，液晶顯示和數(shù)碼管顯示的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：數(shù)碼管顯示內(nèi)容單一，而液晶顯示器顯示內(nèi)容豐富，因?yàn)橐壕б话愣际瞧叨伟俗值闹荒茱@示單一的內(nèi)容，而液晶顯示的內(nèi)容就很豐富；數(shù)碼管還比液晶顯示耗電，而且使用液晶也比使用數(shù)碼管顯得美觀。但是控制液晶顯示器的時(shí)候占用的系統(tǒng)資源多，編程更復(fù)雜，最關(guān)鍵的是液晶顯示的成本是數(shù)碼管的幾十倍，所以考慮到應(yīng)用價(jià)值，最終還是確定選用數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的顯示部分功能。 四位共陽數(shù)碼管的管腳分配如下圖所示：本設(shè)計(jì)選用了數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)，其段選的控制A、B、C、D、E、F、G、DP按照數(shù)碼管的簡介資料選用了P 0口作為其控制端口，其位選部分由于單片機(jī)的控制端口輸出的電壓不足以直接點(diǎn)亮數(shù)碼管，所以在單片機(jī)控制端口和數(shù)碼管的位選控制端口加入了三極管，其具體的電路連接如圖所示。 3．電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)目前的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)的基本類型，考慮要硬件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的方法會(huì)電路復(fù)雜，調(diào)試不方便，而且采用多個(gè)元器件搭接，成本高。而直接采用集成的驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)電路穩(wěn)定，成本低，易于控制，所以最終本設(shè)計(jì)是直接采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的核心部件。本設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是由驅(qū)動(dòng)芯片L298及其外圍電路構(gòu)成，其中從L298的3腳和114腳（即芯片的輸出端）依次按順序連成一個(gè)插座，分別與步進(jìn)電機(jī)的四根線相連。而112腳就依次與單片機(jī)的P1口的六個(gè)管腳相連。通過這一連接實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與L298以及步進(jìn)電機(jī)的串聯(lián)控制。圖中很重要的部分是由四個(gè)二極管連成的保護(hù)電路，其作用是防止由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高而產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)損壞芯片。由于本設(shè)計(jì)使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓是使用了9V (也可以使用12V)，所以二極管的負(fù)端接9V的參考電壓。如果驅(qū)動(dòng)芯片的電壓改變，那么這個(gè)參考電壓也隨之一起改變。4. 驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)芯片電流檢測(cè)模塊的實(shí)際應(yīng)用意義在于，檢測(cè)流過電機(jī)的電流值并及時(shí)顯示，對(duì)于防止電機(jī)過流而損壞電機(jī)有一定的意義。從上面的L298的芯片資料當(dāng)中我們可以知道L298的Pin1和Pin15可與電流偵測(cè)電阻連接來偵測(cè)電機(jī)正常工作的情況下的工作電流。一般檢測(cè)電流的方法是通過檢測(cè)電壓值，然后通過歐姆定律換算電流值的方法測(cè)試電流，本設(shè)計(jì)也不例外。設(shè)計(jì)采用的42BYG101反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，，這樣換算來檢測(cè)到的電壓值一般是在mV級(jí)，這樣以來，要是直接將檢測(cè)到的電壓值送給ADC0804進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換那么由于精度的原因勢(shì)必會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成很大的影響。所以考慮到這一原因我們是先將檢測(cè)到的電流值經(jīng)過OP07作放大處理后再將信
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