河南科技学院新科学院

1、-科技学院新科学院单片机课程设计报告题目：基于单片机控制的步进电机控制器专业班级： 电子信息工程时 间：20012.04.292021.05.18完成日期：20012年05月 18日基于单片机控制的步进电机控制器设计任务书1设计目的与要求设计出一个步进电机控制器，准确的理解有关要求，独立完成系统设计，要求所涉及的电路具有以下功能：（1） 实现步进电机的正反转控制（2） 实现步进电机的加速控制（3） 实现步进电机的减速控制2设计容 1画出电路原理图，正确使用逻辑关系；2确定元器件及组件参数；3进展电路模拟仿真；4SCH文件生成与打印输出；5PCB文件生成与打印输出；6系统的总体设计、安装和调试。

2、3编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。4辩论在规定时间，完成表达并答复下列问题。. z-基于单片机控制的步进电机控制器摘要:本设计采用AT89S51单片机实现对步进电机的控制。通过单片机的I/O来实现对步进电机的控制，用Ll298来驱动步进电机，并且使用LED来作为正反转，加速减速控制的标志。关键词：步进电机 单片机 AT89S51 发光二极管 转动 按键1 引言步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精细执行元件，由于步进电机具有控制方便、体积小等特点，所以在数控系统、自动生产线、自动化仪表、绘图机和计算机外围设备中得到广泛应用。微电子学的迅速开展和微型计

3、算机的普及与应用，为步进电动机的应用开辟了广阔前景，使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现，既降低了硬件本钱又提高了控制的灵活性，可靠性及多功能性.而且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。由于它是用电脉冲信号进展控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的开展，步进电动机的需求量与日俱增

4、，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。本设计主要通过单片机编程实现对四相步进电机的ABCD四相输送稳定的有频率的脉冲信号，完成步进电机的信号分配功能。只需要简单的编程，便可通过调节单片机输出脉冲控制步进电机的转向、转速和制动。2 总体设计方案本次设计主要通过三大块来，包括驱动电路的设计、状态显示局部和按键局部设计。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而准确地控制转动角度；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的角度和加速度，从而到达调速的目的 2.1设计思路步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，其最大特点就是通过输入脉冲信号

5、来进展控制，即电机总转动角度由输入脉冲数决定，电机的转速由脉冲信号频率决定，因此适合于单片机控制，单片机产生驱动步进电机的脉冲信号，并送给驱动电路，驱动电路根据控制信号工作，实现步进电机的转速与方向控制。驱动电路采用L298芯片对信号电流进展处理，放大。这款芯片接线电路很简单，L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片，驱动功能该芯片采用15引脚封装，具有以下特点：具有信号指示，转速可调，抗干扰能力强，具有过电压和过电流保护，、可单独控制两台直流电机，可单独控制一台步进电机，PWM脉宽平滑调速，可实现正反转，采用光电隔离。总共享了五个按键实现步进电机的各功能控制且是迷你型66按键

6、，因为此按键比拟小巧，占用电路板面积少，可以节省空间，电路板整体性增强，不过对按键的选择没有什么特殊要求，只要能工作就行，在实际设计过程中可以根据实际情况随机采取。使用发光二极管来显示步进电机的转速以及正反转、加减速为了能看清步进电机各项的通电情况，所以在四相步进电机各项上分别接了发光二极管，来显示步进电机各项的通电情况。在单片机的I/O口接了四个发光二极管来分别显示正传、反转、加速、减速。 2.2 设计方案框图AT89S51电源及时钟电路复位电路 键盘控制电路 状态显示电路 驱动电路 电机正转、反转、加速、减速标志图1 设计流程框图3设计原理分析3.1 步进电机步进电机是数字控制电机，它将脉

7、冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其根本原理作用如下：(1)控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-CD,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。调整单片机发出的脉冲频

8、率，就可以对步进电机进展调速。3.2驱动电路设计步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备步进电机驱动器本设计的电机驱动局部是由驱动芯片L298及其外围电路构成。L298N为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片，部包含4 信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。其中从L298的2、3脚和13、14脚即芯片的输出端依次按顺序分别与步进电机

9、的四根线相连。而5、6、7、10、11、12脚就依次与单片机的P2口的管脚和电源相连。状态显示电路的二极管分别接在各项上，通过这一系列的连接实现了单片机与L298以及步进电机的串联控制。其图如下：RST9*TAL218*TAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P

10、0.1(AD1)38P0.0(AD0)39P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(R*D)10P3.1(T*D)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)17VCC40*AT89S51GND1KR3Res21KR4Res21KR2Res21KR1Res2D1LED0D2LED0D3LED0D4LED0VCCMB1Motor StepVCCGNDVCCSENSEA1OUT12OUT23VS4IN15ENA6IN27GND8VSS9IN412ENB11IN310O

11、UT313OUT414SENSEB15L298U1L298N图2 步进电机驱动电路及电机3.3键盘电路设计本设计采用的独立式非编码键盘来控制步进电机。共有5个按钮，其中S1是停顿按钮，其中S2电机正转按钮、S3为电机反转按钮、S4为电机加速按钮、S5为电机减速按钮。当按下各个按钮时，会执行各个键的功能，当按下复位按钮时，电路会恢复到初始状态。其图如下:RST9*TAL218*TAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG

12、)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(R*D)10P3.1(T*D)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)17VCC40*AT89S51GND1KR7Res21KR8Res21KR9Res21KR10Res21KR11Res2S2SW-PBS3SW-PBS4

13、SW-PBS5SW-PBS6SW-PBVCCGNDVCC图3 键盘控制电路3.4复位电路设计和时钟振荡电路复位电路采用手动复位，所谓手动复位，是指通过接通一按钮开关，使单片机进入复位状态，晶振电路用30PF的电容和一12M晶体振荡器组成为整个电路提供时钟频率。单片机的时钟信号通常用两种电路形式电路得到：部震荡方式和外部中断方式。在引脚*TAL1和*TAL2外部接晶振电路器简称晶振或瓷晶振器，就构成了部晶振方式。由于单片机部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。部振荡方式的外部电路如下列图所示。其电容值一般在530pf,晶振频率的典型值为12MHz,采用6M

14、Hz的情况也比拟多。部振荡方式所得的时钟信号比拟稳定，实用电路实用较多。其图如下：RST9*TAL218*TAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P

15、1.78P3.0(R*D)10P3.1(T*D)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)17VCC40*AT89S5112Y1*TAL100pFC2Cap100pFC1CapGNDGND1KR5Res21KR6Res2S1SW-PBGNDVCCC6ECVCC图4 复位电路和时钟振荡电路3.5 正反转、加速、减速标志电路设计本电路采用的四个发光二极管来显示。分别为D5、D6、D7、D8。当电机正转时D5发光，当电机反转时D6发光，当电机加速时D7发光，当电机减速时D8发光。其原理图如下：RST9*TAL218

16、*TAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(R*D)10P3.1(T*D)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3

17、.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)17VCC40*AT89S51GND1KR12Res21KR13Res21KR14Res21KR15Res2D5LED0D6LED0D7LED0D8LED0VCCVCC图5 正反转、加速、减速标志电路4 系统主程序图系统分为电机正转、电机反转、电机加速与电机减速的几局部组成，其主程序框图如下图。开场初始化调按键子程序调按键子程序调用正反转子程序调用加减速子程序停顿图5 系统主程序图5总结与体会采用单片机作为控制核心，利用其强大的功能，把键盘电路和LED灯显示电路，电机驱动电路结合起来，组成一个操作方便，交互性强的简单系统。

18、通过系统的设计实现了预期的设计目标，完成了全部的设计任务，具体功能如下：完成了整个系统的硬件设计和软件编程，能通过键盘电路控制步进电机的转速控制，能实现启动、正转、反转、加速、减速控制，通过编程在开发板也实现了功能。对个人而言，短短的三周实习使我收获了很多东西，使自己对课本上的知识可以应用与实际，加深自己对课本知识的更好理解，同时也锻炼了自己的动手能力，能够充分地利用图书馆去查资料，能够很好的利用进展搜索有用资料，让我学到了许多书本上不曾接触到的东西，对于我以后的开展有很大的帮助，对于我以后应用单片机打下了很坚实的根底。通过布线和仿真，到达了对Altium Designer D*P和protu

19、s进展比拟熟练的操作，为此我要感在这次实习过程中，对我帮助很大的几位教师，使我了解到我理论联系实践能力的缺乏，在以后的日子里我会注重于这方面的提高，让自己的能力全方位的提高，这也是我们以后在工作中说明自己能力的一个标准参考文献1友德.单片微型机原理、应用与实验M.:复旦大学，2005.2夙.异步电动机直接转矩控制M.:机械工业,1998.3王鸿钰.步进电机控制入门M.:同济大学,1990.4袁任光,伟武.电动机控制电路选用与258实例M.:机械工业,2005.5王秀和.永磁电机M.: 中国电力,2007.6房玉明,杭柏林.基于单片机的步进电机开环控制系统J.电机与控制应用，2006，334：6

20、4-64.7笑辉,曾晋.减少感应电动机直接转矩控制系统转矩脉动的方法J.电气传动,2001，(1):8-11.8江华,高华,黄松涛.异步电动机的直接转矩控制J.电工技术学报,1999，(6):29-33.9江一，朱凌,申仲涛.异步电动机直接转矩控制仿真研究J.华北电力大学学报,2003，(1):10-13.10利虎. 浅谈步进电机的根本原理J. 石油化工, Inner Mongolia Petrochemical Industry, 2007，(11):109.11巍. 浅谈单片机控制步进电机J. 安防科技,2006，(3): 25.12 乔璐.,景林,英桃.一种实用的步进电动机驱动器设计J.

21、微特电机,2005，(10):29-31.13 康晶.采用反应控制的步进电机上下压驱动电路J.电力电子技术,2003,37(1):61-62,65. 附录1 总原理图图6 总原理图附录2C语言编程如下*include*define uint unsigned intsbit zz=P32;sbit fz=P33;sbit jias=P34;sbit jians=P35;sbit stop=P36;sbit ledzz=P10;sbit ledfz=P11;sbit ledjias=P12;sbit ledjians=P13;sbit F1 = P20;sbit F2 = P21;sbit F3 = P22;sbit F4 = P23;unsigned char code FFW8=0*fe,0*fc,0*fd,0*f9,0*fb,0*f3,0*f7,0*f6; /反转unsigned char code FFZ8=0*f6,0*f7,0*f3,0*fb,0*f9,0*fd,0*fc,0*fe; /正转void motor_ffw();uint rate,K1,K2