基于51单片机的步进电机的控制设计共15页.docx
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基于51单片机的步进电机的控制设计共15页
单片机应用系统（xìtǒng）设计报告
设计（shèjì）题目：
步进电机（diànjī）控制器设计
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
设计时间：
2016年12月
一、设计（shèjì）要求（yāoqiú）及方案（fāngàn）
1、设计要求
可以实现步进电机正转和反转控制及速度的控制，同时实现步进电机步数的控制。
2、设计方案
本次设计采用AT89C51单片机控制一个四相步进电机。
单片机输出脉冲序列，驱动步进电机转动；并设置开关、按键电路，来控制步进电机的2挡转速，即加速、减速；以及步数的变化，即四拍驱动方式、八拍驱动方式，同时控制步进电机的转动方向，即正转、反转。
单片机
AT89C51
设计方案总体框图：
二、步进电机简介
1、步进电机工作原理
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（yīɡè）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（pínlǜ）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，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品（chǎnpǐn）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。
2、步进电机磁力方式选择
步进电机的励磁方式主要分为全步励磁和半步励磁两种，其中全步励磁又有一相励磁和二相励磁之分，半步励磁又称一-二相励磁。
一相励磁：
在每一瞬间，步进电机只有一个线圈导通。
每送出一个励磁信号，步进电机旋转1.8°，这是三种励磁方式中最简单的一种。
其特点是：
精确度好、消耗电力小，但输出转矩小，震动较大。
二相励磁（lìcí）：
在每一瞬间，步进电机有两个线圈同时导通。
每送一个励磁信号，步进电机旋转1.8°。
其特点是：
输出转矩大，振动小。
一-二相励磁：
为一相励磁与二相励磁交替导通的方式。
每送一个（yīɡè）励磁信号，步进电机旋转0.9°。
其特点是：
分辨率高，运转平滑。
本次（běncì）设计，八拍驱动时采用一相励磁方式，四拍驱动时采用二相励磁方式。
八拍磁力顺序表：
时序
1
2
3
4
5
6
7
8
置1
A
-
B
-
C
-
D
-
置0
-
D
-
A
-
B
-
C
四拍磁力顺序表:
时序
1
2
3
4
置0
D
A
B
C
置1
A,B
B,C
C,D
D,A
三、硬件电路设计
1、晶振电路设计
AT89C51单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为基准，有条不紊，一拍一拍地工作。
本次设计时钟电路采用内部时钟方式。
AT89C51内部有一个用于构成震荡器的高增益方向放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端引脚为XTAL2。
这两个引脚跨接石英晶体和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。
本次设计选择振荡频率为12MHZ的石英晶体。
图晶振电路（diànlù）
2、复位（fùwèi）电路设计
AT89C51的复位是由外部的复位电路实现的。
复位引脚RST通过（tōngguò）一个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。
复位电路通常采用上电复位和按钮复位两种方式，本次设计采用上电复位方式。
图复位电路
3、开关（kāiguān）、按键电路
本次设计（shèjì）采用开关、按键电路来控制步进电机的正转、反转、加速、减速、步数。
并且由单片机的P2口对其进行控制。
图开关、按键（ànjiàn）电路
4、驱动电路设计
本设计采用ULN2003作为驱动器驱动步进电机运转，把单片机P1口输出的脉冲信号转化为脉冲电流，驱动步进电机运转。
图驱动（qūdònɡ）电路
5、总电路图
图总电路图
四、软件（ruǎnjiàn）程序设计
1、程序设计（chénɡxùshèjì）思路
通过分析可以看出，实现系统功能可以采用多种方法，由于随时（suíshí）有可能输入加速、加速信号和方向信号，因而采用中断方式效率最高，这样总共要完成2个部分的工作才能满足课题要求，即主程序部分、定时器中断部分，其中主程序的主要功能是系统初始参数的设置及启动开关的检测，若启动开关合上则系统开始工作，反之（fǎnzhī）系统停止工作；定时器中断器部分，控制按键标志位值的改变，从而可以控制主程序中步进电机（diànjī）转速、转向、步数。
2、程序框图
是
是
否
否
3、程序（chéngxù）
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
uinttemp=4,flag=0;
intk=100,m=0;
voiddelay（uintz）
{
uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
sbitP2_5=P2^5;
sbitP2_6=P2^6;
sbitP2_7=P2^7;
ucharcheck_key1（）
{
ucharn;
P2=0xff;
n=P2;
if（n!
=0xdf）
return1;
else
return0;
}
ucharcheck_key2（）
{
ucharn;
P2=0xff;
n=P2;
if（n!
=0xbf）
return1;
else
return0;
}
ucharcheck_key（）
{
ucharn;
P2=0xff;
n=P2;
if（n!
=0x7f）
return1;
else
return0;
}
voidtimer0（）interrupt1
{
switch（P2）
{
case0xde:
if（check_key1（）==1）
{
delay（5）;
if（check_key1（）==1）
{temp=0;
P1=0xf0;}
}
break;
case0xdd:
if（check_key1（）==1）
{
delay（5）;
if（check_key1（）==1）
{temp=1;
P1=0xf0;}
}
break;
case0xbb:
if（check_key2（）==1）
{
delay（5）;
if（check_key2（）==1）
temp=2;
}
while（check_key2（））;
break;
case0xb7:
if（check_key2（）==1）
{
delay（5）;
if（check_key2（）==1）
temp=3;
}
while（check_key2（））;
break;
case0x6f:
if（check_key（）==1）
{
delay（5）;
if（check_key（）==1）
{
flag++;
if（flag>=2）
flag=0;
}
}
while（check_key（））;
break;
}
}
voidsudu0（）
{
if（temp==2）
{
k+=200;
if（k>=1000）
k=1000;
temp=0;
}
if（temp==3）
{
k-=200;
if（k<=0）
k=100;
temp=0;
}
}
voidsudu1（）
{
if（temp==2）
{
k+=200;
if（k>=1000）
k=1000;
temp=1;
}
if（temp==3）
{
k-=200;
if（k<=0）
k=100;
temp=1;
}
}
sbitP1_0=P1^0;
sbitP1_1=P1^1;
sbitP1_2=P1^2;
sbitP1_3=P1^3;
voidmain（void）
{
TMOD=0x01;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
P1_0=0;
P1_1=0;
P1_2=0;
P1_3=0;
while
（1）
{
for（m=1;m<=8;m++）
{
if（flag==0）
{
if（temp==0）
{
switch（m）
{
case1:
P1_0=1;
delay（k）;
break;
case2:
P1_3=0;
delay（k）;
break;
case3:
P1_1=1;
delay（k）;
break;
case4:
P1_0=0;
delay（k）;
break;
case5:
P1_2=1;
delay（k）;
break;
case6:
P1_1=0;
delay（k）;
break;
case7:
P1_3=1;
delay（k）;
break;
case8:
P1_2=0;
delay（k）;
break;
}
sudu0（）;
if（flag==1）
P1=0xe0;
}
if（P1==0xe0）
break;
if（temp==1）
{
switch（m）
{
case1:
P1_
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