单片机课程设计-基于单片机的步进电机控制.doc

设计
江南大学
物联网工程学院
课程设计报告
课程名称: 单片机原理及应用
设计题目:
班级:
姓名: 学号:
指导教师: 评分:
年月日
目录
一、设计要求目的 2
二、设计要求及任务 2
三、仪器设备 2
四、硬件线路图及芯片说明 2
1、总体设计框图 3
2、主要硬件线路图 3
3、ULN2003芯片说明 5
五、系统工作原理 5
1、步进电机工作原理 5
2、采样原理 7
3、按键和显示处理 7
4 、中断处理……………………………………………………………………………………9
六、程序框图 9
七、程序清单 10
八、设计总结 13
设计目的
通过具体小型测试系统设计,实践单片机系统设计、上机调试及再设计的全过程,以加深对单片机内部结构、原理功能和指令系统的进一步理解,并进一步学习单片机开发系统的原理与应用以及一些外围芯片的接口和编程调试方法与技巧,初步掌握单片机系统的硬、软件设计技术及调试技巧。
设计要求及任务
1. 电机转速可以平稳控制
2. 通过键盘和显示器可以设置电机的转速
3. 显示电机的速度趋势
4. 具体任务
(1) 编写程序,通过单片机的P1 口控制步进电机的控制端,使其按一定的控制方式进行转动。
(2) 分别采用双四拍(AB→BC→CD→DA→AB)方式、单四拍(A→B→C→D→A)方式和单双八拍(A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A)方式编程,控制步进电机的转动方向和转速。
(3) 观察不同控制方式下,步进电机转动时的振动情况和步进角的大小,比较这几种控制方式的优缺点。
仪器设备
(1)、PC机一台;
(2)、51单片机开发系统一块;
(3)、步进电机一个;
(4)、Usb转串口线、电源线。
硬件线路图及主要芯片说明
本系统主要由按键电路、拨码开关、单片机最小系统、AT89c52单片机、步进电机、驱动电路以及步进电机等几部分组成。本系统采用两个独立开关三个独立按钮,分别进行启动、停止、正反转以及高低速的控制。驱动电路采用ULN2003实现步进电机的驱动。步进电机的供电采用独立12V供电。
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1. 总体设计框图
与传统步进控制器相比较有以下优点:
1. 用微型机代替了步进控制器把并行二进制码转换成串行脉冲序列,并实现方向控制;
2. 只要负载是在步进电机允许的范围之内,每个脉冲将使电机转动一个固定的步距角度。
3. 根据步距角的大小及实际走的步数,只要知道初始位置,便可知道步进电机的最终位置。

(1)单片机最小系统的硬件原理接线图:
A、接电源:VCC(PIN40)、GND(PIN20)。
B、接晶体:X1(PIN18)、X2(PIN19)。注意标出晶体频率(选用12MHz),还有辅助电容20pF
C、接复位:RES(PIN9)。接上电复位电路,以及手动复位电路,分析复位工作原理
D、接配置:EA(PIN31)。说明原因。
(2)单片机内部I/O部件
A、四个8位通用I/O端口,对应引脚P0、P1、P2和P3;
B、两个16位定时计数器;(TMOD,TCON,TL0,TH0,TL1,TH1)
C、一个串行通信接口;(SCON,SBUF)
D、一个中断控制器;(IE,IP)
3. ULN2003芯片说明
ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列,由七个硅NPN 复合晶体管组成。ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。当输入5V TTL电平时,输出可达500mA/50V。
如果ULN2003的达林顿管输入端输入低电平使其截止,其驱动的元件是感性元件,则电流不能突变,此时会产生一个高压;如果没有二极管,达林顿管会被击穿,所以这个二极管主要起保护作用。
由于ULN2003是集电极开路输出,为了让这个二极管起到续流作用,引脚(pin9)接在负载的供电电源上,只有这样才能够形成续流回路。
系统工作原理

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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;同时您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。
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。