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基于at89c51單片機的步進電機控制及驅動電路設計(編輯修改稿)

2026-07-24 17:15 本頁面

　

【文章內容簡介】順序。表1 步進電機控制線控制線顏色黑橙棕黃控制線名稱ABCD其中，C與D是電機內部一組線圈的兩個抽頭， A與B是另一組線圈的兩個抽頭。只需以一定的順序控制兩組線圈中的電流方向即可使步進電機按指定方向轉動。表2 步進電機25BYJ1201技術參數電壓相電阻步距角啟動轉矩（）啟動頻率（）定位轉矩（）5~12V20Ω15≥120≥200≥48 AT89C51單片機芯片介紹本設計采用AT89C51單片機作為控制系統的核心。AT89C51單片機組成結構中包含運算器、控制器、片內存儲器、4個I/O口、串行口、定時器/計數器、中斷系統、振蕩器等功能部件。采用HMOS制造工藝的MCS51單片機都采用40管腳雙列直插式封裝，除采用40腳雙列式直插式封裝外，還有用方形的封裝方式。圖7 MCS51系列單片機管腳圖 ULN2003芯片介紹ULN2003 是高耐壓、大電流、內部由七個硅NPN 達林頓管組成的驅動芯片。經常在以下電路中使用，作為：顯示驅動、繼電器驅動、照明燈驅動、電磁閥驅動、伺服電機、步進電機驅動等電路中。圖8 ULN2003芯片圖 LED七段數碼管介紹本設計采用六位LED共陰數碼顯示管作為顯示部分，即將每個數碼管的a～g及dp端串聯在一起，公共端作為位選信號輸入端。圖9 六位LED共陰數碼顯示管圖步進電機控制及驅動系統電路設計實現硬件設計根據之前確定方案及各元器件的功能原理步進電機控制及驅動系統的詳細電路設計如下：（1）控制模塊采用ATMEL公司的AT89C51單片機作為系統控制的核心。圖10 控制模塊硬件電路圖脈沖信號由單片機產生，電機轉速越高，占空比則越大。信號分配實際上就是按照某一種控制方式（根據需要進行選定）所規定的順序發送脈沖序列，達到控制步進電機方向的目的。根據要求，所設計的步進電機八拍通電順序為A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。步進電機的方向控制方法是：用單片機輸出接口的每一位控制一根相繞組。本設計中，，,，B，C,D四相繞組。（2）驅動模塊直接采用ULN2003芯片。～，直接送入ULN2003芯片進行功率放大，達到步進電機所需的驅動電流和電壓，以此驅動步進電機工作。圖11 驅動模塊硬件電路圖（3）顯示模塊采用六位LED七段共陰數碼管進行動態顯示。由AT89C51單片機產生的段選信號從P0輸出，經過1K左右的上拉排阻驅動數碼管顯示，位選信號從P2口輸出直接送數碼管顯示。采用數碼管動態顯示方式，硬件電路簡單、編程簡便、顯示信息清晰。圖12 顯示模塊硬件電路圖（4）人機交互模塊采用獨立式按鍵，中斷工作方式。總共設置了15個按鍵，其中四個控制按鍵分別執行對步進電機的啟動/停止、正轉/反轉、加速、減速四種控制功能，～。四個按鍵不可同時按下，當其中一個按下時控制電機的某一種狀態。按鍵0～9完成預置步進電機所轉圈數的功能，剩余一個按鍵實現清零的功能，由單片機的P1口輸入。采用獨立式按鍵，原理易懂，軟件編序簡單。圖13 人機交互模塊硬件電路圖（5）步進電機部分，該設計中所用到的步進電機為四相六線步進電機，圖14 步進電機部分硬件電路圖軟件設計綜合以上選取的方案。整個程序采用C 語言編程，使程序簡單易讀，在整個過程中采用模塊化調試，可靠性好。詳細的源程序見附錄。圖15 系統程序流程圖3 電路調試以上為本作品的設計過程和結果的詳細介紹，但是，從本質上來講，都是純理論的設計和分析。為了驗證作品的可行性，我還做了硬件電路，來對設計作品中設計方案的主要功能及其理論進行實際驗證。同時，在軟硬件電路的調試過程，也可以發現本設計作品中有沒有一些不足和錯誤的地方。為了能檢驗本畢業設計的可行性，并將其質量推向一個更高的層次，我們認真地設計了硬件電路，也進行了仔細的功能調試。軟件的仿真系統電路軟件仿真的步驟如下：（1）打開protuse仿真軟件；（2）在軟件的元器件庫中選擇所需的器件；（3）按照硬件電路設計方案連線；（4）加載編譯好的HEX文件；（5）運行、調試；（6）如有錯誤或與設計預期不相符，則繼續進行步驟3～5，進行調試，至到調試成功。圖16系統仿真軟件圖硬件電路的調試當硬件設計從布線到安裝完成之后，就開始進入硬件調試階段，調試大體分為以下幾步。（1）排除邏輯故障（2）排除電源故障（3）排除元器件失效（4）脫機調試（5）接入單片機調試。圖17硬件電路調試圖4 數據分析及總結測試數據及說明圈數測試：在步進電機的機殼上做一個標記，從該標記處讓步進電機開始運行，對步進電機的運行圈數進行記數，記數結果與預定值及顯示值進行比較。預設時，第一位置0，不分正反轉。因為設計時，步進電機的步距角以15度為準，所以需24步為一圈，數碼管只顯示步進電機所轉圈數。測試時，為區分正反轉，設定首位為零為正轉，首位為負號的為反轉。表3正轉時測試數據測試次數123456預設值001125000101002128000087004012000023測試值011250010102128000870401200023。表4反轉時測試數據如表測試次數123456預設值001125000101002128000087004012000023測試值011250010102128000870401200023測試結果顯示，電機在正常運行時電機沒有圈數誤差，電機圈數顯示和實際計數結果吻合。從測試數據可看出，當步進電機運轉到預設值時，電機停止運轉，達到了對電機運轉的控制。步距角測試：隨機的抽取電機轉動一定的角度，在低頻工作狀態下記錄電機的轉動步數，用總角度除以轉動步數，得出步距角。為了便于測量，選取90、180、270、360度，各測三次讀出步距角求平均值。表5步距角結果測試表總角度

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