二相步进电机控制系统的设计Word下载.docx

1、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AbstractWith the development of microelectronics and computer art, step-by-step electric motor need amounts increase with each passing day , it is used for the products consuming a

2、 kind such as printer , electricity-driven toy broadly and numerical control machine tool , electromechanical products such as industry robot , medical apparatus and instruments are hit by, the person applies to each national economy field It both. Study step-by-step electric motor navar , having im

3、portance to improving under the control of accuracy and responding to speed , the energy saving and so on. Control systematic design originally, the made up of designing two parts from the hardware design and the software , controlling accomplishing two-phase step-by-step electric motor. And among t

4、hem, the hardware design includes the monolithic machine system mainly , button under the control of module , step-by-step electric motor drive function module design such as module , numerical code display module, hardware circuit emulation on PROTUS. The software designs under the control of proce

5、dure including the host procedure and each modules , realizes controlling turning direction to step-by-step electric motor and turning the pattern （four shoot , eight shoots） ultimately , step-by-step electric motor step-by-step number development is demonstrated and on LED numerical code. System ha

6、s intelligence , pragmatism and the reliability characteristic.Keywords： Electric motor MCU Four shoots Eight shoots LEDdisplay摘要.I1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.12 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.52.3 L298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.103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

7、4 系统调试运行与仿真.155 小结与心得体会.16参考文献.17附录.181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

8、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

9、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-

10、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AVR RISC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

11、的数据吞吐率高达1 MIPS/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/

12、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。ATmega128 AVR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2 ATmega128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AVR I/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