二相步进电机控制系统的设计Word下载.docx

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软件设计包括主程序以及各个模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动模式（四拍，八拍）的控制，并且将步进电机的步进数动态显示在LED数码管上。

本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。

关键词：

二相步进电机单片机四拍八拍LED显示

Abstract

Withthedevelopmentofmicroelectronicsandcomputerart,step-by-stepelectricmotorneedamountsincreasewitheachpassingday,itisusedfortheproductsconsumingakindsuchasprinter,electricity-driventoybroadlyandnumericalcontrolmachinetool,electromechanicalproductssuchasindustryrobot,medicalapparatusandinstrumentsarehitby,thepersonappliestoeachnationaleconomyfieldItboth.Studystep-by-stepelectricmotornavar,havingimportancetoimprovingunderthecontrolofaccuracyandrespondingtospeed,theenergysavingandsoon.Controlsystematicdesignoriginally,themadeupofdesigningtwopartsfromthehardwaredesignandthesoftware,controllingaccomplishingtwo-phasestep-by-stepelectricmotor.Andamongthem,thehardwaredesignincludesthemonolithicmachinesystemmainly,buttonunderthecontrolofmodule,step-by-stepelectricmotordrivefunctionmoduledesignsuchasmodule,numericalcodedisplaymodule,hardwarecircuitemulationonPROTUS.Thesoftwaredesignsunderthecontrolofprocedureincludingthehostprocedureandeachmodules,realizescontrollingturningdirectiontostep-by-stepelectricmotorandturningthepattern（fourshoot,eightshoots）ultimately,step-by-stepelectricmotorstep-by-stepnumberdevelopmentisdemonstratedandonLEDnumericalcode.Systemhasintelligence,pragmatismandthereliabilitycharacteristic.

Keywords：

ElectricmotorMCUFourshootsEightshootsLEDdisplay

摘要.........................................................................I

1总体分析与解决方案.........................................................1

问题的提出与简述......................................................1

设计目的级系统功能....................................................1

2硬件电路设计模块..........................................................2

单片机系统原理........................................................2

二相步进电机工作原理分析..............................................5

2.3L298驱动电路设计.....................................................7

四位LED数码管显示设计...............................................7

总体硬件仿真设计.....................................................10

3软件设计模块..............................................................11

整体流程分析与设计...................................................11

步进电机四拍，八拍流程分析与设计......................................11

显示模块流程分析与设计...............................................14

4系统调试运行与仿真........................................................15

5小结与心得体会............................................................16

参考文献....................................................................17

附录........................................................................18

1总体分析与解决方案

问题的提出与简述

如今，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。

步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中得到广泛应用。

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。

随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

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，从而达到调速的目的。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机，其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。

尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。

它广泛用于消费类产品（打印机、照相机）、工业控制（数控机床、工业机器人）、医疗器械等机电产品中。

研究步进电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

为此，本文设计了一个步进电机控制系统，可以实现对步进电机转动方式和转动方向的控制。

设计目的及系统功能

本设计的目的是以单片机为核心设计出一个二相步进电机控制系统。

本系统采用ATmega128作为控制单元，通过按键实现对二相步进电机转动方向及转动模式的控制，并且将步进电机的步进步数动态显示在LED数码管上。

通过本课题，查阅相关资料，由于本学期所学单片机课程型号为ATmega128，了解了ATmega128单片机控制的一些基本技术，掌握其控制系统的分析方法与实现方法,能对单片机外围电路设计进行系统学习与掌握；

另一方面，通过设计步进电机控制系统的硬件电路，控制程序和相应的电路图，以此培养自己的自学和动手能力，从而为今后参加工作或进一步深造打下良好的基础。

设计的步进电机控制系统有以下功能：

1.二相步进电机采用双极性（H桥）控制

2．用K0-K1作为通电方式选择键，K0为四拍，K1为八拍

3.用K2作为启动/停止控制键

4.用K3作为方向控制

5.用4位LED数码管显示工作步数

6.用3个发光二极管显示状态：

正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮

考虑到二相步进电机需采用双极性控制，故电机的驱动模块使用芯片L298实现，接线简洁，稳定性好。

选定好设计方案后，可以由分析得到系统的总体原理框图如下所示：

图1系统总体原理框图

2硬件电路设计模块

单片机系统原理

本次课题采用的单片机型号是ATmega128，ATmega128为基于AVRRISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。

由于其先进的指令集以及单周期指令执行时，ATmega128的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。

所有的寄存器都直接与算逻单元（ALU）相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。

这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的复杂指令集微处理器高10倍的数据吞吐率。

ATmega128具有如下特点：

128K字节的系统内可编程Flash（具有在写的过程中还可以读的能力，即RWW）、4K字节的EEPROM，4K字节的SRAM、53个通用I/O口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、4个灵活的具有比较模式和PWM功能的定时器/计数器（T/C）、两个USART、面向字节的两线接口TWI、8通道10位ADC（具有可选的可编程增益）、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI串行端口、与IEEE规范兼容的JTAG测试接口（此接口同时还可以用于片上调试），以及六种可以通过软件选择的省电模式。

ATmega128AVR有整套的开发工具，包括C编译器，宏汇编，程序调试器/仿真器和评估板。

芯片引脚图如下所示：

图2ATmega128的引脚图

本次课设所使用的单片机功能主要有单片机的I/O口以及定时器/计数器功能。

作为通用数字I/O使用时，所有AVRI/O端口都具有真正的读-修改-写功能。

这意味着用SBI或CBI指令改变某些管脚的方向（或者是端口电平、禁止/使能上拉电阻）时不