20182018学年第一学期单片机原理与应用课程设计报告题目：单片机控制步进电机专 业：通信工程班级：10通信2）班姓名：卢大卫、徐磊、吴冬冬付文涛、贾少华指导教师：周珍艮、崔雪英电气工程系2018年10月27日单片机控制步进电机任务书课题名 称指导教 师 职 称）执行时间学生姓 名学号卢大卫1009131044徐磊1009131080吴冬 冬1009131070付文涛1009131020贾少 华1009131026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及调试的全过程，以加深对单片设 计要 求米用单片机控制一个二相单二拍的步进电机工作。步进电机的旋转方向由正反转控制信 并输入步数时，步进电机才开始工作。电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。电机在运转过程中，如果过热，则电机停止运转，同时 红色指示灯亮，同时警报响。摘要步进电机是用电脉冲信号控制，以实现对生产过程或设备的数字控制，它是过 程控制中一种十分重要和常用的功率执行器件，它可以把脉冲信号转换成角位 移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器或角位移发生器等，近年来由于计算 机应用技术的迅速发展，步进电机常常和计算机一起组成高精度的数字控制系 统。b5E2RGbCAP由于它是由数字脉冲控制，因此非常适合于用单片机控制，本设计便是在此基础上，AT89C51型单片机为核心，并结合外围电路以步进电机为控制对象的控制系统。plEanqFDPw关键词：AT89C51。步进电机目录单片机原理与应用任务书I摘要U目录川第1章单片机控制步进电机原理1第2章详细设计方案22.1实现方法22.2模块设计42.2.1步进电机的驱动42.2.2按键电路设计42.2.3时钟产生及复位电路52.3主程序流程图图6第3章调试73.1 Proteu仿真软件73.2调试步骤及方法73.3仿真图83.4实验结果及分析8总结9参考文献10附录1源程序）11 附录2系统原理图）18 附录3器件清单）19# / 25第1章单片机控制步进电机原理步进电机的不同驱动方式，都是在工作时，脉冲信号按一定顺序轮流加到 三相绕组上，从而实现不同的工作状态。由于通电顺序不同，其运行方式有三 相单三相拍、三相双三拍和三相单、双六拍三种注意：上面 三相单三拍”中的三相”指定子有三相绕组；拍”是指定子绕组改变一次通电方式；三拍”表示通电三次完成一个循环。三相双三拍”中的 双”是指同时有两相绕组通电）。DXDiTa9E3d1）三相单三拍运行方式：下页图所示为反应式步进电动机工作原理图， 若通过脉冲分配器输出的第一个脉冲使 A相绕组通电，B,C相绕组不通电，在A 相绕组通电后产生的磁场将使转子上产生反应转矩，转子的1、3齿将与定子磁极对齐，如果图a）所示。第二个 脉冲到来，使B相绕组通电，而A、C相绕组不通电；B相绕组产生的磁场将 使转子的2、4齿与B相磁极对齐，如图b）所示，与图a）相比，转子逆时针 方向转动了一个角度。第三个脉冲到来后，是 C相绕组通电，而A、B相不通电，这时转子的1、3齿会与C组对齐，转子的位置如图c所示， 与图b比较，又逆时针转过了一个角度。RTCrpUDGiT(a)(b)(c)图1.1反应式步进电机工作原理图当脉冲不断到来时，通过分配器使定子的绕组按着A相-B相-C相-A相的规律不断地接通与断开，这时步进电动机的转子就连续不停地一步步的逆时针方向转动。如果改变步进电动机的转动方向，只要将定子各绕组通电的顺序改为A相-C相-B相-A相，转子转动方向即改为顺时针方向。5PCzVD7HxA单三拍分配方式时，步进电动机由A相通电转换到B相同点，步进电动机的转子 转过一个角度，称为一步。这时转子转过的角度是 30度。步进电动机每一步转 过的角度称为步距角。jLBHrnAlLg2）三相双三拍运行方式三相双三拍运行方式：每次都有两个绕组通电，通电方式是AB-BC-CA-AB，如果通电顺序改为 AB-CA-BC-AB则步进电机反转。双三拍分配方式时，步进电动机的步距角也是30度xhAQX74J0X3 =C I.L叮-IPDJ5UAD5 旳朋恥 和确W陀醐 P21J9 巴阳Q P2.3W11 P2 4JA12 P2.5M13 P2.6M14 R2.7/A15P3.0AXD叩捕而P3S1WTT P3H 肛I R351_P!3曲怛 P33丽芻jiATMC51图2.1步进电机驱动和单片机连线图2.2.2按键电路设计键盘接口按不同标准有不同分类方法，按键盘排布，可以分为独立方式一组相互独立的键盘）和矩阵一行列组成矩阵）方式。此次设计只用到了六个按键，故可采用独立按键,P3.0P3.5分别接到K1K6。其原理图如图2.2按键连线图。kavU42VRUsRP1XTAL1RD-OMDXTAL2PD.1JW1 PD2AUD2 P03W&3R7PDJZAD4 RD.5WD5 PO.SJAOB PD.7X4D7PSCNP2.0U(ABP2.1JAQ P221D P23AHALEP24/A12EAP2.S*A13PIjQPSfiAiaP2.7W5P3.DJRXDFIJIP3.1HKDM 2鬥2駅MP1J3P3JfflT1PI 4PS.XTOPI P3.ST11PI 8PS.BAWPI 1时丽mm mm mm图22按键连线图2.2.3正反转电路控制闭合SW10控制步进电机的正反转，闭合 SW11断开SW12步进电机正转；闭合SW12断开SW11步进电机反转。y6v3ALoS89U12S31U31ALEEAPO.O/ADO PO UAD1 P02WD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.&AD5 P0 6/AD6 P0.7/AD7P2.0/A8P21/A.9 P2 2/A10 P工珈11 P2.4/A12 P2.5/A13 氏创Al斗 P2.7/A15士亠丄P3.0#?XD P3.1HXD P3.2麻而 P3.3jiNTFP3 4/FQP3-&T1PSISVRP37RDATB9C51图2.3时钟产生及复位连线图总原理图见附录二2.3主程序流程图图进入主程序，首先是对键盘扫描，调用步进电机相关数据控制电机转动，若检测到有键按下，贝U进行相应的处理。流程图如下图2.4主程序流程图M2ub6vSTnPOYujCfmUCw图2.4主程序流程图主程序见附录第3章调试3.1 Proteus仿真软件Proteus软件是英国 Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件 该软件中国总代理为广州风标电子技术有 限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围 器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起 步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教案的教师、致力于单片机开发应用 的科技工作者的青睐。eUts8ZQVRdProteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件 ，从原理图布图、代码调试到 单 片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的 完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软 件三合一的设计平台，其处理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/D SPIC33 AVR、ARM、8086和 MSP430等, 2018年又增加了 Cortex和DSP系列处 理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。sQsAEJkW5T3.2调试步骤及方法本电路经调试符合题目要求，各项技术指标均达到设计的目的。具体操作控制方法如下：1、当电机启动按钮时，步进电机根据制定默认状态开始转动；2、当电机停止按钮时，步进电机停止转动；3、当电机正转按钮时，步进电机正转；4、当电机反转按钮时，步进电机反转；5、当电机按钮K1K0为00时，步进电机单四拍工作；6、当电机按钮K1K0为01时，步进电机双四拍工作；7、当电机按钮K1K0为11时，步进电机单双八拍工作。3.3仿真图11K-RPI