基于单片机的步进电机转速控制

电子设备市场调查和系统设计实践报告电子设备市场调查与系统设计实践说明：出席(10)手记(10)流程(40)报告(30)回答(10)总成绩(100)专业化：* * *类级别：姓氏：学号：指导教师：* * * * *大学* * * * *大学* * * *年* *月* *日步进电动机调速及正负控制系统1系统要求步进电机是用电脉冲信号控制，将电脉冲信号转换成相应的角度位移或线位移的微电机，可以在较大的频率范围内改变脉冲频率，进行速度调节、快速启动停止、正向反转控制和制动等，其本身构成的开环系统简单、便宜、可行，因此在打印机等办公自动化设备及各种控制设备等方面具有非常广泛的应用，这是最明显的。随着微电子和计算机技术的发展，对步进电机的需求与日俱增，开发步进电机驱动器及其控制系统非常重要。基于单片机控制的步进电机设计主题是基于单片机的控制模块，是电机启动停止、正向和调速目的的设计课题。在课题设计之前，通过网络了解了当前步进电机的发展情况和发展前景。此外，了解当今最先进的步进电动机所具有的功能，可以很容易地为主题设计提供参考和参考。最后，通过方框图的形式，以最直观的方式建立了整个任务设计的流程和要求。1.1设计目的电子器件市场调研与系统设计实践是本专业重要的实践教学，强调了实际应用技术训练。结合自动化专业系列课程学习，培养对电子设备的认识，锻炼市场调查能力，深化自动化专业系列课程的知识。通过课程设计链接培养学生与人交流独立思考和处理问题的能力。1.2设计内容和要求在本次课程设计中，我们选择了使用单片机控制步进电动机驱动的四相步进电动机。步进电机是将电脉冲转换成角度位移的执行机制。步进驱动器接收到脉冲信号后，推动步进电动机在指定方向旋转一定角度(称为“步进角度”)，其旋转以一定角度一步一步地运行。为了精确定位，可以通过控制脉冲数来控制角度位移。同时，通过控制脉冲频率，可以控制电机旋转的速度和加速度，达到调速目的。这个过程旨在通过改变脉冲频率来调整步进电机的速度，通过数字管显示其速度水平。另外，通过单片机实现正向反转，步进电机可以利用没有累积误差(100%)的特性，作为广泛用于各种开环控制的特殊电机。2系统程序和原理2.1系统设计步进电动机调速系统主要具有电动机启动停止、调速、正向反转控制和显示功能，现在步进电动机速度控制系统实现的所有功能的具体步骤如下：(1)步进电机启动和停止功能。单片预设初始值、预设初始值脉冲发送到驱动器，驱动步进电动机以预设的最低速度运行。(2)步进电机调速功能。将不同频率和脉冲宽度生成的脉冲信号输入驱动器后，驱动电动机将在单位时间内旋转多个步长角度距离。(3)步进电机转向控制。通过改变步进电动机绕组的电源相顺序，改变转子的旋转，实现步进电动机的正向反转控制功能。(4)重置功能。重置单片机，将单片机输出的脉冲重置为预设初始值，使步进电机以预设最低速度运行。(5)显示器功能。设定步进马达的目前速度和旋转，以在4位元数位管上显示。2.2自动浇注系统原理步进电机是将电脉冲信号转换成角度位移或线位移的开环控制元件。没有过载的情况下，电动机的速度、停止位置可能取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不管负载变化如何。也就是说，向马达添加脉冲信号，马达转动一步距离角。伴随着这种线性关系的存在，步进电机的特点是只有周期性误差，没有累积误差。在速度、位置等控制领域，用步进电动机控制非常简单。通常步进电动机转动的总角度与输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电机的速度也与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。系统由单片机控制，整体设计的电压为5v，电动机的电压也必须为5v，因此本实验以28BYJ-48步进电动机为设计对象，选择步进电动机28BYJ48 4相8位电动机，电压为DC5VDC12V。步进电机施加一系列连续控制脉冲时，可以连续旋转。每个脉冲信号对应于步进电动机的一相或二相绕组的电源状态改变一次，或者转子旋转特定角度(一步角)。通电状态的变化导致循环结束时，转子转动螺距。方块图如图1所示。图1步进电动机控制系统方框图3市场调查和硬件设计3.1市场研究仔细分析了主题所需的功能后，进行了系统设计。模拟方案，对所需元件进行市场调查后，通过塔巴店、天猫购物、实体店等不同途径进行比较分析，最佳方案是通过塔巴店购买零部件。主要组件如图1所示。表1硬件电路板主要组件序号名字型号数单价(元)1数码管3641BS公养11.602电容器100uf/25V10.0410uf/25V10.0430pf/50V20.013电源接头DC-013直接连接10.034触控开关6*6*5插值50.035电阻10K10.021K80.016发光二极管LED指示灯40.057步进电动机28BYJ4813.258晶体管855040.069微控制器STC89C51RC12.8010马达驱动ULN200310.7511插座深4010.25DIP1610.1512晶振DS12.000MHz10.21通过硬件电路构建后，完成物理电路板的焊接过程后，请参阅附录a以了解物理图。3.2电路线路图从控制系统的大小和复杂性开始，必须考虑单片机的基本参数和增强功能。前者往往需要考虑芯片的速度、ROM容量、I/O插脚数和操作电压(1.8V/3V/5V)等，后者则需要考虑是否有看门狗、双指针、双串行端口、实时时钟、CAN接口、SPI接口、USB接口等附加模块该设计的控制对象包括超声波、声光报警、低复杂度、低成本通用单片机芯片，仅满足要求。P0端口是4位数字管段。P1.0定义步进电动机启动停止键，P1.1定义步进电动机正向反转键，P3.0定义步进电动机加速键，P3.1定义步进电动机减速键，P2.0，P2.1，P2.2，P2.3是4位一体数码管的位选择。P2.7、P2.6、P2.5、P2.4为脉冲信号输入端定义，如图2所示。图2系统结构图4硬件调试和分析4.1 Proteus软件模拟在Proteus模拟软件(图2所示的硬件电路图)中，可以设计电路，通过模拟软件将电路与编译的程序组合在一起，验证周围电路设计是否正确，程序编译是否正确，软件和硬件是否工作正常，如果模拟电路没有问题，实现设计要求，则可以在实际电路中焊接实际电路。选择了单片机模拟软件Proteus8.2模拟和Keil4编译。有关源代码，请参阅附录b。4.2键电路密钥操作显示了步进电动机在4位数字管上的旋转速度和方向切换，如图3所示。图3键电路图4.3显示电路土壤湿度和预设上限和下限显示在液晶屏上，如图4所示。图4步进电动机速度向前4.4驱动程序电路STC89C51RC上的P2端口用作驱动电路的控制针，P2输入到较高水平时，其输出为0，LED指示灯亮，步进电动机旋转，泵运行；当P2端口输入到较低级别时，其输出为1，LED指示灯熄灭，步进电动机停止旋转，如图5所示。图5驱动程序电路5摘要将理论设计转换为实物的全过程，包括电路设计、分析计算、电路图绘制、焊接电路、检验调试、软件过程控制设计分析、调试软件编写、对整个硬件和软件系统的写软件调试。其中，对整个系统的事前准备必须确定优先顺序。例如，控制什么，使用什么控制，得到什么结果，每个部分选择特定的芯片以优化系统。通过本主题，一方面回顾数据，了解STC89C51单片机控制的一些基本技术，掌握其控制系统的分析方法和实现方法，系统学习和掌握单片机外围电路设计；另一方面，设计步进电机控制系统的硬件电路、控制程序及相应的电路图时，要充分利用口语学习知识，善于思考、思考、分析。我们的学习是以书本为基础，解决理论和实际教学中的实际问题的目的，也是实践的结合，理论问题，即实践课题，解决问题就是课堂研究，学生自己是专家，用自己的手解决问题比用头脑解决问题更深。学习要采用理论与实践相结合的方式，理论的问题，即实践的课题。这种方法不仅有助于理论知识的整合，而且有助于主导实践，解决实际问题，加强我们的实践能力和解决问题的能力。考生文传1王思明，张金民，苟郡年。单片机原理和应用系统设计M。北京：科学出版社2012。2周润京，刘晓霞。基于PROYEUS的回路设计、仿真和电路板M。北京：电子产业出版社2013.8。3潭虎江。c语言编程。清华大学出版社M.2005.07。4张一刚，MCS-51单片机应用设计M。哈尔滨工业大学出版社. 2004。柳乐熙。电脑电脑介面技术与应用M。华中科技大学出版社. 2005.08。6冯宝珍。微机原理和接口技术M。清华大学出版社。2004.6附录a实物图表附录b源代码#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define led P0/选择数字段#define haha P2sbit S1=P1 0；sbit S2=P1 1；sbit S3=P3 0；sbit S4=P3 1；/键定义，S1正向，S2反向，S3加1，S4减1Sbit wei3=P2 3Sbit wei2=P2 2Sbit wei1=P2 1Sbit wei0=P2 0/定义数字管道位选择sbit a=P2 7；sbit b=P2 6；sbit c=P2 5；sbit d=P2 4；/定义脉冲信号输入Uchar code display 11=0xxc0，0xf9，0xa4，0xb0，0x99，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90，0x 90/总量数字管驱动信号0 - 9，未显示uchar code time _ counter102= 0x da，0xx1c，0xde，0xe4，0xe1，0xec，0xed，0xa4，0xf1，0xx8c，0xf5，0x74，0xf9，0xx5c，0xfc，0x18 Uchar code qudong 8=0x80，0xc0，0x40，0x60，0x20，0x30，0x10，0x 90 ；uchar nu m1=0；/控制励磁信号变量uchar num 2=8；uchar k=1；/加减齿轮控制，1是最小文件位元旗标1=0；/初始正数，正反转旗标Uchar buf4=0，10，10，1 ；/数码管显示缓存、旋转、不显示、显示1文件位、高-低/=计时器0/1初始化函数=Void T0_T1_init()TMOD=0x11/计时器0/1均以方法1，16