基于单片机和proteus的步进电机控制.doc

沈阳航空航天大学课 程 设 计（论文）题目：基于单片机和proteus的步进电机控制 班 级 * 学 号 * 学 生 姓 名 X X X 指 导 教 师 X X X 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 计算机控制技术 院（系） 专业 班级 * 学号 * 学生姓名 * 课程设计题目 基于单片机和Proteus的步进电机控制 课程设计时间 年 月 日至 年 月 日 课程设计内容及要求：利用Proteus仿真环境和C51编程软件，绘制基于51单片机的步进电机控制系统硬件原理电路、编制基于C51的步进电机控制软件，实现步进电机速度、方向、及旋转角度的计算机控制。本设计主要内容有：1) 了解51系列单片机及外围相关芯片、电路的工作原理和接口技术，学会进行控制系统软件程序设计。2) 编制程序完成步进电机速度、方向、及旋转角度的控制。3) 设计相关的硬件电路，软硬调试实现步进电机速度、方向、及旋转角度的控制，分析结果。4) 学会运用“自动控制原理”、“现代控制理论”和“计算机控制技术”所学理论知识进行控制器的设计和计算机控制的算法实现。为今后毕业设计、将来工作做必要的知识储备。 课程设计主要要求有：1) 掌握步进电机工作原理和51单片机的工作原理、控制方式设置方法，给出完整硬件原理图。2) 学会利用C或C+等高级语言编程，实现步进电机速度、方向、及旋转角度的控制功能。3) 整理程序设计文档、按照课程设计要求撰写课程设计报告，字数不少于8000字。指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日目 录0. 前言11. 电路基本理论12. 方案设计23. 硬件电路的工作原理23.1步进电机模块33.2 控制模块33.3 LCD显示模块34. 软件编程44.1 程序流程图44.2 MCS-51单片机引脚功能54.3 源程序65. 系统调试和结果分析95.1 电机正转运行95.2 电机反转运行105.3 电机停止转动106. 结论及进一步设想11参考文献12附录1 元件清单13课设体会14沈阳航空航天大学课程设计论文 基于单片机和proteus的步进电机控制基于单片机和proteus的步进电机控制* 沈阳航空航天大学自动化学院摘要：单片机以其较小的体积、低成本、高可靠性、高附加值等优点实现了过去一个很复杂的电路所能实现的功能，因而被广泛的应用，也取代了经典的控制系统；步进电机是一种将电脉冲转变为角位移的执行机构，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，也可通过控制脉冲的频率来控制电机的转速和加速度；本文通过proteus的单片机仿真来实现其功能，并且能够在仿真中看见十分近似于真实的结果。关键词：单片机；proteus；步进电机0. 前言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，也可通过控制脉冲的频率来控制电机的转速和加速度；从而达到调速的目的。本文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。1. 电路基本理论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。2. 方案设计基于单片机和proteus的步进电机控制电路的基本组成如图1所示。步进电机控制台单片机LED显示器图1 基于单片机和proteus的步进电机控制电路的原理框图根据设计要求，采用的方案如下。硬件部分实现电机转动和速度显示功能，包括控制开关模块；电机转动模块和速度显示模块。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，由电机反馈回来的数据经单片机控制显示器显示数据.。3. 硬件电路的工作原理3.1步进电机模块（如图2所示） 图2 步进电机功能：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。3.2 控制模块(如图3所示)图3 控制模块功能：通过控制台实现对单片机程序的开与关。3.3 LCD显示模块(如图4所示)图4 LCD显示器 功能：通过单片机输出的电机反馈信号使LCD显示器显示出步进电机的转动状态。4. 软件编程4.1 程序流程图：（如图5所示）开始按键判断按键If(P3_5=0)If(P3_6=0)If(P3_7=0)If(P3_0=0)If(P3_1=0)正转加速反转停止减速显示转动方式图5：程序流程图4.2 MCS-51单片机引脚功能：（如图6所示） 图6：单片机引脚图1电源线：VCC：+5 V电源。VSS：地线。 2RST：复位信号线。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。3信号引脚介绍 P0.0 P0.7： P0口8位双向口线。 P1.0 P1.7 ：P1口8位双向口线。 P2.0 P2.7 ：P2口8位双向口线。 P3.0 P3.7 ：P3口8位双向口线。4XTAL1和XTAL2：外接晶振引脚。当使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。5控制引脚： ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。 （1） -EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器地址允许输入端。 第二功能：固化编程电压输入端。 （2） ALE/-PROG(30脚）：地址锁存允许信号端。 第二功能：编程脉冲输入端。 （3） -PSEN（29脚）：程序存储允许输出信号端。4.3 源程序：#include#define uc unsigned char#define ui unsigned intsbit KEY=P33;sbit P1_0=P10;sbit P3_0=P30;sbit P3_1=P31;sbit P3_5=P35;sbit P3_6=P36;sbit P3_7=P37;uc Flag;uc code fan=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08，0x09;uc code zheng=0x09，0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01;ui speed=1000,time;void delay(ui t)while(t-);void xianshi(uc f) /显示转向 P1_0=0;P0=f; delay(5);void Speedup()/加速 time=speed; time=time-100; if(time2000) time=2000;void main()uc i;EX1=1; /外部中断1开IT1=1; /边沿触发EA=1; /全局中断开P0=0xff;while(1)while(Flag=0) for(i=0;i7;i+)xianshi(0x5b);/显示 Z 标示正转 P2=zhengi; delay(speed); while(Flag=1) for(i=0;i7;i+) xianshi(0x71);/显示 F 标示反转 P2=fani; delay(speed); while(Flag=2) /停止 P2=0;xianshi(0x6D);/ 显示 Svoid ISR_Key() interrupt 2 delay(500); if(!KEY) if(P3_5=0) Flag=0; if(P3_6=0) Flag=1; if(P3_7=0) Flag=2; if(P3_0=0) Speedup(); if(P3_1=0) Speeddown(); 5. 系统调试和结果分析5.1 电机正转运行（如图7所示）图7：电机正转结果图电机正转显示Z5.2 电机反转运行（如图8所示）图8：电机反转结果图电机反转显示F5.3 电机停止转动（如图9所示）图9：电机停止转动图电机停止转动显示S6. 结论及进一步设想 本设计采用51单片机AT89C51（晶振频率为12MHZ）对四相六线制步进电机（内阻33欧，步进1.8度，额定电压12V）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，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机。ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN 达林顿管组成。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。通过ULN2003构成步进电机的驱动电路，电路图如图1所示。51的25-28口接ULN2003的1-4输入端。另外，用键盘来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速，采用74LS164作为2位单个数码管的显示驱动。74LS164带锁存，使用串行接法可以节约I/O口资源。其电路图如图2所示。通过51的TXD和RXD口对CLK和DATA发送数据参考文献设计的步进电机基本能实现预期目标，经过调试和修改，但还是存在问题，比如按开关的时候会出现不稳定情况，转速有时比较乱，显示有时也有些不理想，后面的工作就是在软件和硬件等方面进行修改，以完全达到预期目标。参考文献1 刘复华. 单片机及其应用系统. 北京：清华大学出版社，19922 李斌，董慧颖. 可重组机器人研究和发展现状. 沈阳工业学院学报，2000，19（4）：23-273 李朝清，单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航空航天大学出版社，19994 刘文涛，MCS-51单片机培训教程M.北京：北京工业出版社，2005:141-1455 李仁定. 电机的微机控制. 机械工业出版社,1999 6 李铁才,杜坤梅. 电机控制技术. 哈尔滨工业大学出版社, 20007 宁爱华. 步进电机的微机控制方法与高速特性分析. 西南民族大学学报(自然科学版) , 2003 附录1 元件清单元件名称型号数量单片机DIL401LED显示器7SEGCOMK1上拉电阻RESPACK-81电阻ANALOG2逻辑与AND_51按键6电容器30pF2驱动器ULN28031晶振CRYSTAL1直流电源VCC3课设体会 本论文是在*老师的悉心指导下完成，在整个过程中，*老师投入了大量的精力，给我很多的指导和帮助，使得我顺利完成任务，特此，对*老师表示由衷的感谢。本次课程设计虽然结束了，但是它留给我的印象是不可磨灭的。无论我以后是否涉及到此方面的研究，我想，至少我掌握了一种系统的研究方法，学习的目的就在于运用。万事相通，本次课程设计必将为我以后的学习与工作奠定坚实的基础，课程设计中锻炼出来的能力是终身受益的。我真心的感谢本次课程设计，它教会我很多。年月 日完成袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃