单片机课程设计
课题：步进电机正反转设计
系 别： 电气与电子工程系 专 业： 姓 名： 学 号 指导老师：
2013年01月09日
一 设计目的
1、增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解；
2、掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存贮器、I/O口、A/D、D/A、串行口通讯等； 3、了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现; 4、了解步进电机控制的基本原理，能实现电机正反转驱动控制，掌握控制步进电机转动的编程方法。
二 设计要求
1、具有速度和转向设定功能;
2、设置开始、停止以及正反转健；
3、转速以及转向有数码管显示(本设计使用的为LCD12864)。
三 、总体设计
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的数字控制执行机构。它将电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，因此非常适合于单片机控制。
步进电机具有控制简便、定位准确等特点。随着科学技术的发展,在许多领域将得到广泛的应用。鉴于传统的脉冲系统移植性不好,本文提出微机控制系统代替脉冲发生器和脉冲分配器,用软件的方法产生控制脉冲,通过软件编程可以任意设定步进电机的转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。以简化控制电路,降低生产成本,提高系统的运行效率和灵活性。
步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，因此，当它转动一周后，没有累计误差，具有良好的跟随性。由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、 廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。步进电机的动态响应快，易于起停、正反转及变速。速度可在相当宽的范围内平滑 调节，低速下仍能保证获得大转矩。步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。 步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。
步进电机是自动控制系统中常用的执行部件。步进电机的输入信号为脉冲电流,它能将输入的脉冲信号转换为阶跃型的角位移或直线位移,因而步进电机可看作是一个串行的数/模转换器。由于步进电机能够直接接受数字信号,而不需数/模转换,所以使用微机控制步进电机显得非常方便。
步进电机有以下优点:
(1)通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制; (2)位置误差不会积累;
(3)与数组设备兼容,能够直接接收数字信号; (4)可以快速启停。
步进电机的品种规格很多,按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式(也称反应式或变磁阻式)电机、混合式电机、永磁式电机和特种电机等四种主要型式。步进电机不需位移传感器就可精确定位,所以在精确定位系统中应用广泛。目前打字机、计算机外部设备、数控机床、传真机等设备中都使用了步进电机。
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随着电子计算机技术的发展,步进电机必将发挥它的控制方便、控制准确的特点,在工业控制等领域取得更为广泛的应用。
本设计采用16 位单片机AT89C51对步进电机进行控制，通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过驱动芯片驱动步进电机；同时，用触发按键来对电机的状态进行控制，并用128X64LCD显示电机的状态及转速。
因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。
用软件控制单片机产生脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是两相的，所以只需要P0口的低四位P0.0-P0.3分别通过ULN2003A接到电机的五根电线上。可以通过调整输出脉冲的频率来调整电机的转速，通过改变输入脉冲的顺序来改变转动方向，P2口和P3口接128X64LCD，可以显示当前的电机转速和转向，设置复位键可使正在转动的电机停止转动，大概可分为如下图所示的几部分。
p2.0~p2.7 AT89C51 单片机 p3.0~p3.5 步进电机 驱动 部分 p0.0~p0.3 p1.0~p1.4 外部晶 振电路 128X64LCD 控制按键 图1 系统方框图 注：由于此设计程序较复杂，在此没有列出程序的框图，程序框图详见软件设计。
四 、主要器件介绍及电路设计
4.1、步进电机 4.1.1 步进电机概述
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，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，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
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