单片机课程设计-单片机控制步进电机.doc

"成绩" " 课程设计报告 题 目 单片机控制步进电机 课 程 名 称 单片机原理及接口技术 院 部 名 称 专 业 自动化 班 级 M10自动化 学 生 姓 名 学 号 课程设计地点 课程设计学时 指 导 教 师 高峰 金陵科技学院教务处制 【注：根据课程设计大纲第四项具体要求撰写课程设计报告】 目 录 1设计任务和要求 3 2设计思路 4 3系统硬件设计 5 3.1 硬件电路的工作原理 5 3.2步进电机模块 5 3.3控制模块 6 3.4主要元件介绍： 6 4软件编程 11 5 调试过程与结果 20 5.1正转结果显示： 20 5.1.1正转加速： 21 5.1.2正转减速： 21 6 总结与体会 24 7 参考资料 26 8 附录 26 1设计任务和要求 单片机课程设计是考察学生利用所学过的专业知识，进行综合的电机控制系统设计并 最终完成实际系统连接，能够使学生对电气与自动化的专业知识进行综合应用，培养学 生的创新能力和团队协作能力，提高学生的动手实践能力。最终形成一篇符合规范的设 计说明书，并参加综合实践答辩，为后期的毕业设计做好准备。 本次设计考核的能力主要有： 1) 专业知识应用能力，包括电路分析、电子技术、单片机、检测技术、电气控制、电 机与拖动、微特电机及其驱动、计算机高级语言、计算机辅助设计、计算机办公 软件等课程，还包括本专业的拓展性课程如变频器、组态技术、现场总线技术、 伺服电机等课程。 2) 项目设计与运作能力，团队协作能力，技术文档撰写能力，PPT汇报与口头表达能力 。 3) 电气与自动化系统的设计与实际应用能力。 要求完成的工作量包括： 1) 现场仿真演示效果。 2) 学生结合课题进行PPT演讲与答辩。 3) 学生上交课题要求的各类设计技术文档。 2设计思路 电路基本理论: 步进电机是一种将电脉冲转变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。可通过控制脉 冲数来控制角位移量，从而达到准确的定位目的。通过对步进电机的软件设计和硬件设 计包括步进电机的结构、原理及应用，根据原理和硬件的设计利用c语言编写程序，经过 反复运行和调试，实现单片机对步进电机的控制。 步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，它 的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。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，控制换相顺序，即通电 控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。通过控制脉冲个数即可以控制角 位移量，从而达到准确定位的目的。控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通 电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。控制步进电机的速度，即给步 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。同时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。 基于单片机和proteus的步进电机控制电路的基本组成如图所示： 根据设计要求，采用的方案如下。硬件部分实现电机转动，包括控制开关模块；电机 转动模块。软件部分实现对步进电机的控制功能，主要设计思想通过控制台控制程序的 开关来控制电机的转动。电源驱动89C51单片机，在89C51中装载程序，通过开关按键来 输入信号，89C51向驱动电路提供信号使步进电机动作。 3系统硬件设计 3.1 硬件电路的工作原理 总电路图 通过对开关k1 k2 k3的开关，来实现对步进电机的正反转和停止，通过k4 k5来进行加减速，并且有相应的LED灯的显示。 3.2步进电机模块 功能：单片机输出的程序通过转换器和电机驱动器给步进电机一个脉冲信号，使步进 电机实现正转与反转。 3.3控制模块 功能：通过控制台实现对单片机程序的开与关 3.4主要元件介绍： 3.4.1步进电机： 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，因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大 特点是：它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定 ，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式(HB)，步进电机又称为脉冲 电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动，反转和制动的执行元件，其功用是 将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移，由于开环下就能实现精确定位的特点，使其 在工业控制领域获得了广泛应用。步进电机的运转是由电脉冲信号控制的，其角位移量 或线位移量与脉冲数成正比，每个一个脉冲，步进电机就转动一个角度（不距角）或前 进、倒退一步。步进电机旋转的角度由输入的电 【单片机控制步进电机课程设计】 课程设计的目标在于训练学生将所学的单片机、电机控制、电子技术和接口技术等相关专业知识整合应用，设计并实现一个基于单片机的步进电机控制系统。该系统旨在培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力，提升团队合作、文档撰写和口头表达技巧。 设计任务主要涵盖以下几点： 1. 应用专业知识，如电路分析、电子技术、单片机编程、检测技术、电气控制、电机与拖动、微特电机及其驱动、计算机高级语言、计算机辅助设计和办公软件等。 2. 完成项目设计，包括硬件搭建和软件编程，以及团队合作和项目展示。 3. 实现电气与自动化系统的实际操作，包括步进电机的精确控制，如正反转、速度调整。 设计思路是基于步进电机的工作原理，即每接收一个脉冲信号，步进电机转动固定角度。通过控制脉冲数量和频率，可以精确控制电机的位移和速度。设计中，使用了89C51单片机作为核心控制器，配合驱动电路和步进电机模块，实现电机的运动控制。此外，还设计了控制模块，通过控制台操作实现电机的开启、关闭以及速度控制。 硬件电路设计包括： 1. 硬件电路的工作原理是通过开关K1、K2、K3控制步进电机的正反转和停止，K4、K5用于加减速，同时有LED指示状态。 2. 步进电机模块接收单片机输出的脉冲信号，通过转换器和电机驱动器驱动电机正反转。 3. 控制模块则负责接收用户输入，通过控制台控制单片机程序的运行，实现电机的控制。 软件编程方面，主要是用C语言编写程序，控制脉冲信号的生成和发送，以控制步进电机的动作。在调试过程中，验证了电机的正转、加速、减速等功能，确保了设计的准确性。 总结与体会部分，学生通常会分享设计过程中的难点、解决方案以及收获，比如深化了对步进电机控制的理解，增强了实践操作技能。 参考文献和附录则提供了设计过程中引用的技术资料和详细的设计文档，为后续的项目开发提供了基础。 整个设计涵盖了从理论到实践的完整流程，旨在锻炼学生的实际操作能力和理论联系实际的能力，为未来的毕业设计打下坚实基础。