基于單片機的步進電機驅動控制系統設計定稿-資料下載頁

【導讀】制，并把工作狀態用顯示屏顯示出來。系統軟件程序設計。編制程序完成步進電機速度、方向、及預置圈速數的控制。同步顯示步進電機工作狀態及預置圈速。設計相關的硬件電路，軟硬調試實現步進電機速度、方向、及預置圈速的控制，學會運用Proteus和Keil軟件。[1]趙建國,薛圓圓.零基礎學單片機C語言程序設計[M].北京:機械工業出版社,2020.[2]周潤景,張麗娜，劉印群.PROTEUS入門實用教程[M].北京:機械工業出版社,2020.[3]王秋爽,曾昭龍.單片機開發基礎與經典設計實例[M].北京:機械工業出版社,2020.[5]張家生.電機原理與拖動基礎[M].北京:人民郵電出版社,2020.[8]王宗培.步進電機及其控制系統[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社,2020.[11]張巍.淺談單片機控制步進電機[J].安防科技,2020,:25.綜合訓練的目的；、份量是否適當；、科研、社會等實際相結合。，有無創新之處。機與步進電機的介紹，該課題的軟件，硬件制作，硬件選擇。實現了控制步進電機的啟動與停止，正轉與反轉，加速與減速六種功能。

　　

【正文】 相繞組通電）四拍（ ABCDA。），雙（雙相繞組通電）四拍（ ABBCCDDAAB。），八拍（ AABBBCCCDDDAA。） 表 為序列分配表，圖 為接線指示圖 。 表 為序列分配表 圖 為接線指示圖 接線端序號 導線顏色 分配順序 1 2 3 4 5 6 7 8 5 紅 + + + + + + + + 4 橙 3 黃 2 藍 1 棕 接線指示圖紅5黃3粉紅2藍1橙4 16 第三章 步進電機驅動控制系統概述 設計內容概述 根據前面的介紹，本控制系統在設計中使用軟件編程與硬件設計的方法進行開發。硬件上，由于本系統預計程序會比較大，則采用 Atmel 公司的 AT89C52 單片機為控制核心，結合成熟的外圍電路的擴展和通 訊實現電路的建設。而在軟件上，則采用 C 語言進行模塊化程序編寫。從而對系統進行整體的程序設計。該系統的硬件與軟件仿真均可在 WINDOWS 環境下進行。本次設計，硬件仿真采用 PROTEUS 軟件進行，軟件的編寫采用 Keil uVision4 C 語言進行編寫。在調試階段，采用網上的一個叫 Proteus VSM Monitor51 的文件來進行 Proteus 與 KEIL 軟件的聯機調試。以保證功能的正常運行。仿真完成后，則進行硬件的制作。由于電路簡單，則不再進行 PCB 的繪制，使用洞洞板進行原件的焊接。 利用開發板進行程序的燒錄。 綜上所述，論文需要對以下幾個方面內容進行研究與探討： （ 1）系統硬件的選擇。考慮到該系統的設計不需 用于工業生產實踐，且目的是為了使步進電機控制更精確，因此，在設計中要求系統硬件精度盡量的高。 （ 2） 系統原理圖的設計和繪制。在系統硬件選取昨晚后，需要根據系統功能進行仿真電路圖的設計。本系統需要在 PROTEUS 仿真平臺下進行預測試，因此，在電路設計時要考慮到仿真元件的可移植性，和易購買性，以便于進行系統硬件仿真。 （ 3）系統軟件編程。軟件程序的編制要根據硬件電路的功能來進行， 采用 C 代碼使用Keil 軟件編寫。 采用模塊化程序編寫的方式進行，層次盡可能清晰可讀，同時需要具備與上位機的通訊功能，程序也要具備良好的可移植性。 （ 4） 系統硬件和軟件仿真。在系統設計完成之后，再對我們的設計進行仿真，以檢驗系統的可行性和穩定性。本系統在軟件中采用 KEIL 軟件仿真平臺對系統進行仿真，同時根據 Keil 生成的 HEX 文件，結合 PROTEUS 單片機系統仿真軟件，完成對系統硬件的仿真運行，根據仿真運行的結果，對系統的安全性以及可行性進行評估。 （ 5）仿真完成后，進行硬件的制作。 利用洞洞板進行原件的焊接， 利用開發板進行程序的燒錄。檢驗實際的運行成果。 系統功能概述 基于單片機的步進電機驅動控制系統是一個實際應用與工業生產的系統。針對我們的課題要求，在綜合考慮系統設計等各方面因素后，明確我們設計的單片機轉速控制系 17 統應具備如下功能： 一．硬件部分 （ 1） 液晶顯示模塊； （ 2）控制步進電機運行狀態的鍵盤； （ 3）時鐘電路與復位電路； （ 4）步進電機運行的驅動和功率放大電路設計； （ 5）按鍵成功提示電路； （ 6）用 PROTEUS 對整個系統進行硬件設計、仿真和對系統輸出進行測試。 二． 軟件部分 （ 1） 系統復位初始化； （ 2） 鍵盤掃描與處理； （ 3） 液品顯示器初始化掃描程序； （ 4） 定時器中斷服務程序； （ 5） 步進電機正轉控制程序； （ 6）步進電機反轉控制程序； （ 7）步進電機減速控制程序； （ 8）步進電機加速控制程序； （ 9）步進電機停轉控制程序。 控制系統原理介紹 本系統以 AT89C52 單片機 作為控制核心，通過外部擴展必要的硬件，進行對步進電機的運行狀態的顯示。 因為步進電機的控制是通過脈沖信號來控制的，將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。所以怎樣產生這個脈沖信號和產生怎樣的信號是 步進電機控制系統 的 重中之重 。 用單片機來產生這個脈沖信號，通過單片機的 P1 口輸出脈沖信號， 而 因為所選電機是四相的，所以只需要 P1 口的低四位 ~ 分別接到電機的四根電線上。定時器定時來調整電機的轉速，通過鍵盤的按鈕，就可以改變定時初值從而改變了電機的轉速，單片機上 ~ 來連接按鍵 ，這里鍵盤上的 K1 鍵為啟動與停止鍵， K2 鍵為減速鍵，K3 鍵為加速鍵， K4 鍵為方 向轉換鍵。 P0 以及 ~ 口接 顯示屏 LCD1602， 用以 顯示 目前 的電機轉速、運行狀態、運行方向和 運行檔位 。具體結構見圖 。 步進電機驅動控制系統部分采用專用芯片 ULN2020A 進行控制，其輸出管腳 IC4C了解四相六線步進電機的相序控制端。 COM 端連接電源對其工作進行供電。 18 晶 振 電 路復 位 電 路步 進 電 機U L N 2 0 0 3 AL C D 1 6 0 2液 晶 控 制 口K 1K 2K 3K 4P 0P 2 . 0 ~ P 2 . 2P 3 . 2P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5A T 8 9 C 5 2P 1 . 0 ~ P 1 . 3 圖 系統設計方案框架 19 第四章 步進電機驅動控制系統硬件設計 系統硬件設計說明 首先，在系統核心控制芯片選擇上，由于預期程序會較大，所以我們選了了 AT89C52單片機，而非 AT89C51 單片機。 該 AT89C52 是一種低功耗，高性能 CMOS8 位單片機與 8K Flash 的字節可編程和可擦除只讀存儲器（ PEROM）。該裝置 采用 Atmel的高密度非易失性存儲器技術制造，是 與業界標準的 80C51 和 80C52 指令集和引腳兼容。 片上 Flash 允許程序存儲器在系統或通過重新編程 傳統的非易失性存儲器編程。通過結合一個多功能 8 位 CPU 與 Flash 集成在一個芯片， Atmel 的 AT89C52 是一個強 大的微型計算機 它提供了一個高度靈活和具有成本效益的解決方案為許多嵌入式控制 應用程序。 完全可適用于此設計。 其次來說，由于單片機輸出的脈沖信號很微弱，不能直接驅動步進電機，所以，我們需要添加功率驅動芯片。根據模塊化思想，我們本次設計采用 ULN2020A 作為系統的功率驅動芯片。 ULN2020A 是一個 7 路反向器電路，即當輸入端為高電平時 ULN2020A輸出端為低電平，當輸入端為低電平時 ULN2020A 輸出端為高電平。該芯片是目前驅動步進電機最常用的芯片。 最后，通過液晶顯示模塊來顯示參數。由于步進電機 的狀態需要事實監控，同時我們需要設計一個人機交互的界面，所以，本設計采用了一塊常用的 1602 液晶顯示屏。1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的 點陣 型液晶模塊。它由若干個 5X7 或者 5X11 等 點陣 字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形 。 AT89C52 高速單片機 AT89C52 單片機介紹 AT89C52 單片機是由美國 ATMEL 公司生產，具有低電壓高性能等特點。屬于CMOS8 芯片系列。其中內部含有 8K 的 PEROM 的存儲空間，以及 128Bit 的 RAM。且還有通用 8 位 CPU 以及 Flash 存儲單元。該單片機具有集成度高，程序不易流失，并且保持時間長很受歡迎，并且對 MCS51 指令系統也完全兼容。 主要性能參數： 兼容 MCS51 指令系統 ； 20 8kB 可反復擦寫 (大于 1000 次） Flash ROM； 32 個雙向 I/O 口； 256x8bit 內部 RAM； 3 個 16 位可編程定時 /計數器中斷； 時鐘頻率 024MHz； 2 個串行中斷，可編程 UART 串行通道； 2 個外部中斷源，共 8 個中斷源； 2 個讀寫中斷口線， 3 級加密位； 低功耗空閑和掉電模式， 軟件 設置睡眠和喚醒功能； 1 有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以適應不同產品的需求。 圖 AT89C52 引腳圖 該 AT89C52 提供以下標準功能： 8K Flash 的字節， 256 字節的 RAM， 32 個 I / O 口線， 3 個 16 位定時器 /計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構 ， 一個全雙工串行口，片內振蕩器和時鐘電路。 此外， AT89C52 設計有靜態邏輯操作頻率下降到零，并支持兩種軟件選擇的省電模式。空閑模式停止 CPU，而 RAM，定時 /計數器，串行口和中斷系統繼續工作。掉電模式保存 RAM 的內容，但凍結振蕩器，禁止所有其他芯片功能，直到下一個硬件復位。 21 AT89C52 單片機引腳特征 引腳說明 VCC： 電源電壓。 GND：接 地。 P0 口 ： 端口 0 是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為一個輸出口，每個引腳可以驅動 8 個 TTL 輸入。當 1s 被寫入端口 0 引腳，該引腳可作為高阻輸入。端口 0 也可以被配置為復用 低點位 地址 /數據總線時訪問外部程序和數據存儲器。在這種模式下， P0有內部上拉。 斷 口 0 也是在 Flash 編程接收代碼字節并在程序的輸出代碼字節核查。在程序都需要外部上拉電阻核查。 P1 口 ： 端口 1 是 8 位雙向帶內部上拉的 I/O 端口。端口 1 輸出緩沖器可吸入 /源四TTL 投入。當 1s 被寫入到端口 1 引腳，它們被拉高內部上拉電阻，并且可以作為輸入。作為輸入，端口 1pins 被外部拉低，將輸出目前由于內部上拉電阻的電流（ IIL）。此外， 和 可以被配置為在定時器 /計數器 2 的外部計數輸入（ ）和定時器 /計數器 2 觸發輸入（ ），分別作為在下表中示出。端口 1 期間也接收低位地址字節Flash 編程和驗證。 P2 口 ： 端口 2 是 8bit 雙向帶內部上拉的 I/O 端口。端口 2 輸出緩 沖器可吸入 /源四TTL 投入。當 1s 被寫入 端口 2pins，他們是通過拉高內部上拉電阻，并且可以作為輸入。作為輸入，端口 2pins 被外部拉低，將輸出目前由于內部上拉電阻的電流（ IIL）。端口 2時取發出的高位地址字節從外部程序存儲器和訪問期間，向使用 16 位地址外部數據存儲器（ MOVX@DPTR）。在這種應用中， P2 口使用很強的內部上拉發送 1。在對外部數據的訪問內存使用 8 位地址（ MOVX@RI）， 端口 2 發出的 P2 特殊功能寄存器的內容。端口 2 也接收高位地址位和一些在 flash 編程和校驗的控制信號。 P3 口 ： 端 口 3 是 8 位雙向帶內部上拉的 I/O 端口。端口 3 輸出緩沖器可吸入 /源四TTL 投入。當 1s 被寫入 端口 3pins，他們是通過拉高內部上拉電阻，并且可以作為輸入。作為輸入， 端口 3pins 被外部拉低，將輸出目前由于上拉電流（ IIL）。 端口 3 也可以用不同的特殊功能在 AT89C51 的，如 表 口第二功能 。 端口 3 也接收到對 Flash 編程的一些控制信號和驗證。 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INT0(外中斷 0) INT1(外中斷 1)