步进电机的控制.docx

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步进电机的控制

设

计

报

告

设计者：

林东刘丽玲温定贤

指导教师：

郭海燕老师

日期：

2008年8月14日

步进电机的控制

摘要

本设计以PIC16F877A单片机为控制系统的核心，通过接收不同的按键命令，实现了二相步进电机的正转、反转、速度设置和转动步数设定的功能。

系统主要包含四部分：

按键电路、显示电路、单片机控制电路和步进电机驱动电路。

关键词:

PIC16F877A、按键、驱动

目录

1系统设计4

1.1设计任务4

1.2方案论述4

1.3系统框图4

2.电路设计4

2.1工作原理[1]4

2.2参数计算5

3主程序的设计5

3.1软件平台和开发工具5

3.2软件功能及算法6

3.3软件流程图6

4.系统测试7

5.结论8

6.参考文献8

7.附录8

附录

（一）原器件明细表8

附录

（二）原理图8

附录（三）PCB图9

附录（四）主程序清单9

1系统设计

1.1设计任务

（1）可通过按键控制步进电机的正转和反转；

（2）可设置步进电机的速度和转动步数，数码管实时显示设定值。

1.2方案论述

根据设计任务分析，可知系统应主要包含四部分：

按键电路、显示电路、单片机控制电路和步进电机驱动电路，此外还应考虑供电电源的选择。

首先要考虑的是控制器的选择，由于电机控制对实时性的要求较高，因此在设计中采用PIC16F877A单片机作为控制器，它绝大多数指令为单字节指令，程序编写方便、执行速度快。

电源为整个系统的运行提供所需的能量，是电路的核心，在设计中采用的是双电源供电，主要考虑到单片机的工作电压为5V，而步进电机工作电压为12V，而且采用双电源供电也可以消除电机驱动所造成的干扰，提高系统的稳定性。

系统运行过程中要求实时显示设定的速度和步数，由于只是简单的数字显示，可采用多位数码管动态显示，节省成本。

电路中另一个要慎重考虑的因素就是电机驱动电路的设计。

由于单片机的拉电流很小，而步进电机的工作电流要达到0.34A，因此采用三极管放大电路放大后来驱动步进电机工作。

1.3系统框图

根据题目要求和方案论述，本设计的系统框图如图1.1所示。

单片机接收不同的按键命令，控制RC0~RC3输出相应的时序，经驱动电路后控制步进电机工作。

若是设定速度和转动的步数，则数码管需显示相应的数值，提供友好的人机交互界面。

2.电路设计

2.1工作原理[1]

电路原理图如图2.1所示，当I/O口输出高电平时，相应的三极管导通，相线圈有电流通过，电机工作；反之，则电机不工作。

基极电阻R1~R4起限流保护作用，二极管也具有保护电路的作用,当电机突然上电或掉电时，电路的电流较大，此时电感和二极管形成闭合回路，以免电流过大而烧坏电机。

图2.1电路原理图

2.2参数计算

1、三极管的选择[2]

由于在设计中采用的步进电机为永磁式二相步进电机，工作电压为12V，电流为0.34A，而电源电压为12V，因此当电机工作时要求三极管必须工作在饱和导通状态。

CS9013饱和导通时集射极的压降为0.6V，集电极最大电流为0.3A，小于电机的工作电流，不能满足设计要求。

2SD882饱和导通时集射极压降为0.3V，且集电极电流可达2A，压降小且电流大，因此在本设计中采用2SD882。

2、电阻的选择

单片机输出高电平时三极管导通，由于单片机的拉电流很小，基极电阻主要起到限流作用，因此阻值应较大，这里取为4.7KΩ。

3主程序的设计

3.1软件平台和开发工具

设计中采用PIC指令系统进行编程，用贝能MPLABICD2编程器进行编译，仿真，烧写。

PIC16F877A单片机指令系统共有35条指令，除条件跳转指令外其余均为单字节指令，程序编写较方便、简洁。

本设计采用的时钟晶振为4MHZ,故每条指令周期为1us。

3.2软件功能及算法

主程序主要起到一个导向和决策的作用，控制子程序的走向，显示、按键扫描等都是通过调用具体的子程序来实现的。

本系统在主程序中运用模块化结构，所有控制量集中处理,并在RAM建立各控制量的映射，方便各功能模块的编程及修改。

复位有两部分，一个是上电复位，一个是掉电复位。

3.3软件流程图

（1）主程序流程图

软件的主程序流程如图3.1所示。

主程序[3]不断检测是否有按键输入，如果有按键，则进行相应的键值处理，根据按键改变步进电机的工作方式，并显示设定的速度和步数。

（2）子程序流程图

4.系统测试

步进电机的电源采用实验室提供的直流稳压电源，电压为+12V，通过按键来改变步进电机的工作方式。

第一次按下K0键时实现电机正转，第二次按下时电机反转，如此依次循环。

按下K2键可调整电机的速度，调整范围为每分钟10转至150转，K4为增加键，K5为减少键。

按下K3键进入步数设定模块，长按K4键则步数增加，长按K5键步数减少，可调范围为0000至9999。

5.结论

本设计以PIC16F877A单片机为控制系统的核心，通过接收不同的按键命令，实现了二相步进电机的正转、反转、速度设置和转动步数设定的功能，基本完成了题目中要求的各项任务和功能。

6.参考文献

[1]全国大学生电子设计竞赛组委会编．全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编（第一届~第五届）［Ｍ］．北京：

北京理工大学出版社，2004，8

[2]张华林，周小方编著．电子设计竞赛实训教程［Ｍ］．北京：

北京航空航天大学出版社，2007，７

[3]李荣正，刘启中，陈学军编著．PIC单片机原理及应用（第2版）［Ｍ］．北京：

北京航空航天大学出版社，2005，10

7.附录

附录

（一）原器件明细表

序

号

名称

型号及

规格

数

量

备注

序

号

名称

型号及

规格

数

量

备注

1

三极管

2SD882

4

2

二极管

IN4007

4

3

电阻

4.7KΩ±1%

4

附录

（二）原理图

附录（三）PCB图

附录（四）主程序清单

-----------------------

;系统程序设计（080727）

;----几个重要子程序及主子程序之间的关系

;-----------------------

;以下为特殊功能存储器的定义

;-----------------------

INCLUDE"PIC16F877A.INC"

;-----------------------

;以下为I/O口定义

;-----------------------

#DEFINECSRC,0

#DEFINECS4922RC,0;12位DA转换器片选

#DEFINECS3202RC,1;12位AD转换器片选

#DEFINELDACRC,2;数据转存到DAC寄存器

#DEFINESCKRC,3;SPI串口时钟线

#DEFINESDIRC,4;SPI串口数据输入

#DEFINESDORC,5;SPI串口数据输出

#DEFINEBEERA,5;蜂鸣

#DEFINECS0RB,1;LED0

#DEFINECS1RB,2

#DEFINECS2RB,3

#DEFINECS3RB,4

#DEFINECS4RB,5

#DEFINECS5RE,0

#DEFINECS6RE,1

#DEFINECS7RE,2;LED7

;-----------------------

;以下为内部RAM的定义

;-----------------------

WBUFEQU20H;W保护单元,含0A0H单元

STBUFEQU21H;STATUS保护单元

FSBUFEQU22H;FSR保护单元

PCBUFEQU23H;PCLATH保护单元

R0EQU24H;R0~7工作寄存器

R1EQU25H;R0~7循环变量或中间结果

R2EQU26H

R3EQU27H

R4EQU28H

R5EQU29H

R6EQU2AH

R7EQU2BH

R8EQU2CH

R9EQU2DH

DSBITEQU2EH;显示位选,0~7=LED0~LED7

DSBUF0EQU2FH;显缓LED0

DSBUF1EQU30H;显缓LED1

DSBUF2EQU31H;显缓LED2

DSBUF3EQU32H;显缓LED3

DSBUF4EQU33H;显缓LED4

DSBUF5EQU34H;显缓LED5

DSBUF6EQU35H;显缓LED6

DSBUF7EQU36H;显缓LED7

DSDOTEQU37H;小数点位

#DEFINEDOT0DSDOT,0

#DEFINEDOT1DSDOT,1

#DEFINEDOT2DSDOT,2

#DEFINEDOT3DSDOT,3

#DEFINEDOT4DSDOT,4

#DEFINEDOT5DSDOT,5

#DEFINEDOT6DSDOT,6

#DEFINEDOT7DSDOT,7

DSFLEQU38H;显示位闪烁控制（0-7分别对应LED0-7）

SHANEQU39H

#DEFINEFLONSHAN,0;闪烁总控位,=1闪

#DEFINEMINFSHAN,1;分钟到的标志位

#DEFINEFXFSHAN,2;反向标志位

#DEFINESTOPSHAN,3;停止标志位

;-----------------------

KEY1EQU3AH;键值1,触发型

KEY2EQU3BH;键值2,触发型

#DEFINEK0KEY1,0

#DEFINEK1KEY1,1

#DEFINEK2KEY1,2

#DEFINEK3KEY1,3

#DEFINEK4KEY1,4

#DEFINEK5KEY1,5

#DEFINEK6KEY1,6

#DEFINEK7KEY1,7

#DEFINEK8KEY2,0

#DEFINEK9KEY2,1

#DEFINEK10KEY2,2

#DEFINEK11KEY2,3

LASTK1EQU3CH;旧键值1,控制型

LASTK2EQU3DH;旧键值2,控制型

#DEFINELK0LASTK1,0

#DEFINELK1LASTK1,1

#DEFINELK2LASTK1,2

#DEFINELK3LASTK1,3

#DEFINELK4LASTK1,4

#DEFINELK5LASTK1,5

#DEFINELK6LASTK1,6

#DEFINELK7LASTK1,7

#DEFINELK8LASTK2,0

#DEFINELK9LASTK2,1

#DEFINELK10LASTK2,2

#DEFINELK11LASTK2,3

ANJCOUNTEQU3EH;按键去抖

HOUHEQU3FH;时单元,非压缩BCD码

HOULEQU40H

MINHEQU41H;分单元,非压缩BCD码

MINLEQU42H

SECEQU43H;秒单元,2进制

TIMEREQU44H;走时用，5ms加1

;-------

STAEQU45H;工作状态寄存器

;-----------------------

VAN0EQU46H