基于PROTUES的步进电机控制系统设计.docx

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基于PROTUES的步进电机控制系统设计

基于PROTUES的步进电机控制系统设计

[摘要]设计了一种步进电机控制系统，使用c51单片机控制4相步进电机，由单片机产生驱动脉冲信号，通过键盘设定步进电机的步进方向和步进速度，在液晶显示器上显示步进角度，步进方向和速度，并通过仿真软件protues对系统做仿真和测试。

整个系统采用模块化设计，结构简单，可靠。

[关键词]单片机；步进电机；转速，转向控制

Basedonprotuessteppingmotorcontrolsystemdesign

LiZhe

（Grade10,Class3,MajorElectronicInformationScienceandTechnology,PhysicsDept.,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723000,Shaanxi）

Tutor:

SongWeixing

Abstract:

Designedakindofsteppingmotorcontrolsystem,theuseofc51control4phasesteppingmotor,thesingle-chipmicrocomputergenerateadrivingpulsesignal,throughthekeyboardSettingssteppingmotor'ssteppingdirectionandstepspeed,intheliquidcrystaldisplaydisplaystepAngle,steppingdirectionandspeed,andthroughthesimulationsoftwareofsystemprotuessimulationandtest.ThissystemUSESmodulardesign,simplestructure,reliable.

Keywords:

SCM;Steppingmotor;Speed;steeringcontrol

引言

通过控制AT89c52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。

具体功能主要是控制电机正转、反转、加速与减速。

具体工作过程是：

给作品通电后，步进电机按照预先设置的转速和转动方式转动。

调整正反转按钮，步进电机实现正反转切换；按下加速开关，步进电机转速加快；按下减速开关时，电机转速减慢。

实现设计具体用到的仪器：

AT89C52芯片、开关单元、四项步进电机等。

实现设计具体电路单元有：

单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路[1]。

1设计电源

AT89C51单片机需要的电源是5v直流电源，我们所用的电是220V50HZ，这要需要交流电源220V转换5V直流电源，利用变压器的原理220v进行降压，单片机控制系统以及外围芯片供电采用7805系列三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波，然后进行滤波稳压，使用电容滤去交流，电路如图1.1所示。

图1.1电源设计图

2四项步进电机

2.1步进电机

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角[2]。

2.2步进电机的控制

（1）换相顺序控制：

通电换相这一过程称为脉冲分配。

例如：

混合式步进电机的工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。

（2）控制步进电机的转向控制:

如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

（3）控制步进电机的速度控制:

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。

两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快[3]。

2.3步进电机的工作过程

开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动,如图2.3（a）所示。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。

单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。

八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度[4]。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.2所示：

a.单四拍b.双四拍c.八拍　

图2.2步进电机工作时序波形图

对步进电机四个绕组依次实现如下方式的循环通电控制：

单四拍运行：

正转A-B-C-D；反转D-C-B-A；

双四拍运行：

正转AB-BC-CD-DA；反转DC-CB-BA-AD；

四相八拍运行：

正转A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。

本设计使用的是四相八拍控制[5]。

3电路图设计

3.1AT89C52的概述

AT89S52单片机是ATMEL公司推出的高档型AT89S系列单片机中的增强型产品。

关于其功能原理及其应用不再赘述。

这里只介绍本设计用到的端口和功能[6]。

P1口：

用户使用的通用I/O口，8位准双向，编程和校验时，可做为高8位地址线；P1.0和P1.1引脚另有第二功能。

P3口：

8位准双向I/O口。

RST:

复位信号输入端，高电平有效。

EA：

访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号。

XTAL1,XTAL2:

芯片内振荡器反相放大器的输出端和输入端[7]。

3.2最小系统

单片机最小系统或者称为最小应用系统，就是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对52系列单片机来说，最小系统一般应该包括：

单片机、复位电路、晶振电路[8]。

3.3复位电路

复位电路采用手动复位和上电自动复位。

上电自动复位：

在单片机上电的瞬间，RC电路充电，由于电容上电电压不能突变，所以RST引脚出现高电平，RST引脚出现的高电平将会随着对电容C的充电过程而逐渐回落[9]。

手动复位：

当按下复位按钮时，RST出现高电平，实现复位。

如图3.3所示。

图3.1复位电路

3.4控制电路

开关和P3口相连，开关1、2、3、4来控制电机的正反转，速度的加减。

如图3.4所示。

图3.2控制电路

3.5电机驱动电路

将步进电机的A、B、C、D通过L297和L298接到89C51管脚上，如图3.5所示。

图3.3电机驱动电路

4程序设计

4.1主程序框图

系统分为电机正转、电机反转、电机加速、电机减速这几个部分组成，其主程序框图如图4.1所示[10]。

图4.1主程序流程图

4.2步进电机速度控制程序框图

正转部分:

送P4口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机正转，数值分别为0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9。

流程图如图4.2（a）所示[11]。

图4.2（a）电机正转流程图

反转部分:

送P3.5口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机反转，数值分别为0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8。

流程图如图4.2（b）所示。

图4.2（b）电机反转流程图

加速部分:

当电机处于正转或反转的时候，按下加速开关，调用加速程序，是电机每转动一部的延时时间变短，从而实现电机的加速，流程图如图4.2（c）所示。

图4.2（c）电机加速流程图

减速部分:

当电机处于正转或反转的时候，按下减速开关，调用加速程序，是电机每转动一部的延时时间变长，从而实现电机的减速，流程图如图4.2（d）所示。

图4.2（d）电机减速流程图

4.3控制开关输入程序框图

用于判断P3.1、P3.2、P3.3、P3.4，如图4.3所示。

5结束语

经过了为期三个星期的课程设计，终于基本完成了，期间参考了网上相关资料，上届师兄师姐的课程设计论文，以及查阅了相关设计原理图，这期间最大的感受，就是做好课程设计，不仅要细心，更要有耐心，而且富有责任心。

细心能避免自己的错误，而需要大量重新计算，浪费精力和时间。

耐心就是得坚持做下去，一步一步做下去，虽然还有好些问题不大懂，理解不透，但是自己坚持下来了，就是最大的胜利而在课程设计期间，使我对Proteus和Kile这两个软件的使用更加熟悉，这也为我们以后毕业设计打下基础。

在设计中，对于其中过程的步骤该如何进行的考虑，锻炼我们处理事情的能力。

同时在这次设计，我也学到了做事情要一步一个脚印，细心处理每个数据，这样才可以顺利地完成设计作为一名电信专业的学生，希望多学点这方面的知识，或许设计方面不是很在行，但原理，设计方向有一定的认识对将来还是比较好的。

总之，通过这次课程设计，自己还是有收获的，希望自己以后做任何事都要有这态度。

参考文献

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人民邮电出版社,2007,9:

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高等教育出版社,1999:

268-341,371-390.

[3]赵负图.数字逻辑集成电路手册[M].北京:

化学出版社,2004.11:

268-278,550-553.

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高等教育出版社,2003.2:

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[5]宋卫星.计算机彩色显示器信号源[J].现代电子技术,2006,（5）:

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电子工业出版社,2001.2:

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[7]MarcusNadenau.Integrationofhumancolourvisionmodelshighqualityimagecompression[D].SignalProcessing

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dategatheringandtesting

colourdifferencformulae[J].Col.Res.Appl.,2001.

[9]陈有卿,叶桂娟.555时基电路原理、设计与应用[M].北京:

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[10]黄晓春.555定时器原理及应用[J].电子制作,1997,

（1）:

21.

[11]宋卫星,孙彦清.微机彩色显示器与彩色电视机的差异[J].高校学术研究论文选,1998,4:

519-523.

附录A源程序

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