单片机步进电机设计说明书含电路原理图解读Word文档下载推荐.docx
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雷冀南
本学期承担相应课程教学任务情况
《单片机应用基础》
理论:
26学时
实验:
6学时
课程设计目的及任务
《单片机应用基础》课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节,课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验,以达到巩固消化课程的内容,进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练,是以培养学生综合运用所学知识的过程,是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。
课程设计任务:
根据给定的任务要求选择合适的单片机和其他电子元器件,进行系统硬件电路设计和软件编程,根据系统制作并调试系统电路板,使之实现任务要求。
有关参数选择要求符合国家标准。
具体设计内容如下:
单片机应用系统设计——模拟和仿真(步进电机控制、交通灯控制、键盘输入及显示)和单片机应用系统设计——硬件电路(步进电机控制、交通灯控制、键盘输入及显示)。
课程设计要求
要求:
1、利用proteus软件设计各模块工作原理图,并进行模拟仿真;
2、控制程序设计、调试及实现:
(1)根据要求,写出完整的程序流程图;
(2)将设计程序输入、汇编,排除语法错误,生成*.OBJ文件;
(3)利用proteus软件进行电路模拟仿真和调试
4、设计硬件电路并烧写程序,调试后系统能按照要求工作
5、写出课程设计说明书(统一格式)
课程设计目标
1.课程设计说明书一份;
2.系统工作原理图一张;
3.汇编源程序(或者C语言源程序)
4.硬件电路板调试通过
参考文献
及资料
[1]李广第主编.单片机基础.第一版.北京航空航天大学出版社.北京.1994年6月
[2]王修才主编.单片机接口技术.第一版.复旦大学出版社.上海.1995年10月
[3]周志德主编.单片机原理及应用.第一版.高等教育出版社
[4]李运华主编.机电控制.第一版.北京航空航天大学出版社
[5]秦曾煌主编.电工学上册:
电工技术.第五版.高等教育出版社
[6]秦曾煌主编.电工学下册:
电子技术.第五版.高等教育出版社
注:
此套表填写一式三份,于课程设计前一周分别交至教学督导团、教务科、教研室
课程设计计划书
周次
日期
设计内容
具体要求
设计教室
指导时间段
8
2013.04.15
准备阶段:
复习相关知识,熟悉相关软件
熟悉电路符号及原理,能用PROTEUS设计印刷电路板图,熟悉各种电子元件
9:
30-11:
30
2013.04.16
总体方案设计
明确设计任务和要求,设计思路清晰;
研究并制定出总体设计方案,加以论证,并提交总体设计方案报告
2013.04.17
各部分电路设计和实现
绘制工作原理图,利用PROTEUS软件对各部分电路进行模拟仿真
2013.04.18
2013.04.19
汇编或C语言源程序设计
绘制程序流程图,根据程序流程图编写源程序
9
2013.04.22
2013.04.23
程序调试
利用软件WAVE6000检查源程序的语法错误,并进行软件仿真,验证程序的正确性
2013.04.24
系统调试
装入系统源程序,进行硬件仿真和系统调试
2013.04.25
2013.04.26
整理设计资料,提交设计成果
课程设计说明书一份;
工作原理图一张;
汇编源程序清单(或者C语言源程序);
硬件调试成功
指导教师在课程设计期间每天指导时间不少于2小时。
教学院长:
教研室主任:
填表人:
雷冀南填表时间:
2013年04月13日
步进电机课程设计说明书
附录1程序流程图
附录2C51程序
附录3电路原理图
[摘要]本课程设计的内容是利用51单片机,达到控制步进电机的启动、停止、正转、反转、速度和状态显示的目的,使步进电机控制更加灵活。
步进电机驱动芯片采用ULN2003A,ULN2003A具有大电流、高电压,外电路简单等优点。
利用数码管增设电机速度状态显示功能,各项数据更直观。
实测结果表明,该控制系统达到了设计的要求。
关键字:
步进电机、数码管、51单片机、ULN2003A、设计过程
第一章课程设计整体认识及规划
1.1课程设计目的
《单片机应用基础》课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节,课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验,以达到巩固消化课程的内容,进一步加强综合应用科研的基本技能,是以培养学生综合运用所学知识的过程,是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。
1.2课程设计任务
1.能控制电机正反转,有正转和反转按钮。
2.在一定范围内可控制转速,有加速和加速按钮,用七段码显示。
3.可在不断电源的情况下暂停,有一个暂停按钮。
4.电动机处于哪个速度状态观察七段码数值,也可直观的观察电动机的旋转状态比较。
1.3单片机应用系统的设计步骤
1.分析设计任务,构思需要达到的效果,了解步进电机的一些知识。
2.设计系统工作原理图,利用PROTEUS软件绘制系统工作原理图;
3.购买电路所需的电子元件。
4.系统控制程序设计、调试及实现:
(2)了解C51编写语句,将设计程序输入、汇编,排除语法错误,生成*.OBJ文件;
(3)按所设计的原理图,焊接电路板,检查无误;
(4)将目标文件传送到AT89S51芯片上,执行并运行调试该程序,最终实现控制要求
单片机的应用系统随着用途不同,它们的硬件和软件结构差别很大,但系统设计的方法和步骤基本上是相同的。
一般包括总体设计、硬件设计、软件设计、仿真调试、固化程序、应用系统独立运行等步骤。
第二章电路所用主要元件认识
2.1AT98S51芯片认识
该芯片是我们上课时以此为例讲的,所以也算很熟悉,各个引脚功能课本上一讲很清楚了,在这就不再多赘述。
展示一下它的引脚,实物引脚就这样,焊接电路时需注意!
2.2ULN2003A芯片认识
ULN2003A芯片是一个7路反相器,即第1到7引脚输入端为低电平时,对应输出端第16到10引脚输出为高电平,反之亦然。
8引脚接地,第9引脚COM提供工作电压,如proteus中图(3),实物图中引脚编号是逆时针(8号在左下,9号在右下)。
本设计中引脚1、2、3、4分别与AT89s51芯片的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口相连接,规定正转为逆时针方向的转动引脚16、15、14、13连接到A、B、C、D上所示,电动机中间引脚直接与5V电压相接,目的是驱动电动机,使其正常工作
2.3七段码显示管认识
七段码是大家比较熟悉,实质上就是一些二极管组合,这里用的是共阳极的七段码。
课本上还有接法及码值表。
本设计由P0口控制显示,用共阳极的。
从P0.0-P0.7连接a-f引脚,com接电源。
LED是发光二极管的英文缩写,LED显示器是由发光二极管构成的,它在单片还机中的应用非常普遍。
通常所说的LED显示器由7个发光二极管组成,其排列状如图所示。
此外,显示器中还有一个圆点型发光二极管以dp表示,用于小数点表示。
通过七个发光二极管亮暗的不同组合,可以显示多种数字、字母以及其它符号。
LED显示中的发光二极管共有两种连接方法:
共阳极接法:
把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。
使用时公共阳极接+5V。
这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮,而输入高电平的则不亮。
共阴极接法:
把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。
使用时公共阴极接地。
这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮,而输入低电平的则不亮。
十六进制码值表如下:
字型
共阳极代码
共阴极代码
C0H
3FH
90H
6FH
1
F9H
06H
A
88H
77H
2
A4H
5BH
B
83H
7CH
3
B0H
4FH
C
C6H
39H
4
99H
66H
D
A1H
5EH
5
92H
6DH
E
86H
79H
6
82H
7DH
F
8EH
71H
7
F8H
07H
灭
FFH
00H
80H
7FH
2.4步进电机
一、步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲:
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(及步进角)。
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;
同时也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。
进电机工作原理
二、步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一,例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移,也可以用步进电机带螺旋电位器,调节电压或电流,从而实现对执行机构的控制。
步进电机可以直接接收数字信号,不必进行数模转换,用起来非常方便。
步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点,因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。
三、步进电机实际上是一个数字/角度转换器,三相步进电机的结构原理如图所示。
从图中可以看出,电机的定子上有六个等分磁极,A、A′、B、B′、C、C′,相邻的两个磁极之间夹角为60°
,相对的两个磁极组成一相(A-A′,B-B′,C-C′),当某一绕组有电流通过时,该绕组相应的两个磁极形成N极和S极,每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿,电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上,相邻两个齿之间夹角为9°
。
当某一相绕组通电时,对应的磁极就产生磁场,并与转子形成磁路,如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐,则在磁场的作用下,转子将转动一定的角度,使转子和定子的齿相互对齐。
由此可见,错齿是促使步进电机旋转的原因。
四、步进电机以三相六拍(三相双拍)方式工作,若按A→AB→B→BC→C→CA→A次序通电为正转,则当按A→AC→C→CB→B→BA→A次序通电为反转。
三相三拍(三相单拍)有两种A→B→C→A,AB→BC→CA→AB正转,反转则反序。
五、速度计算
1.输出代码的变化周期T控制了电机的运转速度:
n=60/(T.N)
式中:
n——步进电机的转速(转/分);
N——步进电机旋转一周需输出的字节数;
T——代码字节的输出变化周期。
2.步角θ=360º
/(MZC)
M——步进电机的相数;
Z——步进电机转子齿数;
C——单双拍
3.转数n=60f/(MZC)f——通电脉冲频率
注意:
步进电机转数受相数、起转频率、载荷影响等只能在一定范围内。
第三章画电路原理图
3.1电路图雏形图
从最简单的