步进电机转速控制系统

1、成绩推南吟組亭院 课程设计报告题 目：步进电机转速控制显示系统学生姓名：陶宁学生学号：0908020132系另g: 电气信息工程专 业：自动化指导教师：苗磊电气信息工程学院制2012年5月步进电机转速控制显示系统学生：陶宁指导教师：苗磊电气信息工程学院自动化系1课程设计的任务与要求1.1课程设计的任务对于步进电机的进行转速控制，包括正转与反转，并且通过LCD显示。1.2课程设计的要求该设计要求通过程序实现单片机对电动机进行控制。共包含五个键盘，分别操控正转、反转、停止、加速、减速。并且讲电动机的转动状态反映在LCD上。1.3课程设计的研究基础2步进电机转速控制显示系统方案制定2.1方案提出方案

2、一：使用开关直接控制电动机的正反转以及转速控制，此种设计非常简便易 操作，共两个开关控制图1方案一方案二：使用四个五个开关分别控制电机的正转、反转、停止、加速、减速。电动机初始状态电动机正转电动机反转/ /正转加速反转减速1./ |1/电动机停止转动图2方案二2.2方案比较方案一：本方案十分简单，除了实现正常的正转反转，只能实现步进电机的正转 加速，还有反转减速，并不能实现正转减速或者反转加速等功能。 程序设计上比较简 单，实用性不大。方案二：本方案较方案一复杂些，并且成功的实现了电机的正转加速和减速， 反 转的加速和减速，简单明了，控制范围更大，实用性更强。但是由于复杂性增加，程 序的编写难

3、度上就增加了。2.3 方案论证对于以上两个方案比较分析得出： 方案二成功的实现了方案一所有的功能， 而且 其他功能上更加全面。 使用上也更加易操作。 方案一对于简单的应用可以适用， 但局 限性很大，有时无法实现必要的功能。2.4 方案选择根据以上的比较论证，选择方案二。3 步进电机转速控制显示系统方案设计3.1 各单元模块功能介绍及电路设计该设计分为控制模块，驱动模块，显示模块。控制模块： 五个开关控制单片机的输入高低电平， 通过单片机的接口功能设计程 序控制输出电平的高低最后达到控制电动机正反转的功能。驱动模块：通过单片机的 P0.0 到 P0.3 控制步进电机之前的放大噐 ULN2003A

4、， 从而达到控制步进电机转速的效果。显示模块：通过单片机中的 P3.0 到 P3.5 和 P2.7 控制 LCD 12864，以显示目前 电动机的状态。3.2 电路参数的计算及元器件的选择12864液晶电源：VDD +5V; LCD外接驱动电压为-5.0-14.0V 。步进电机：额定电压12V;额定电流0.5A。ULN2003A俞入额定电压为+12V。3.3 特殊器件的介绍（1）AT89C51AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能 CMOS位

5、微处理 器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATME的 AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的1 ）主要特性a. 与 MCS-51 兼容b. 4K 字节可编程闪烁存储器c. 寿命： 1000 写/ 擦循环d. 数据保留时间：10年e. 全静态工作：0Hz-24Hzf. 三级程序存储器锁定g. 128*8 位内部 RAMk.可编程串行通道l. 低功耗的闲置和掉电模式m.片内振荡器和时钟电路2）管脚说明a. VCC:供电电压。b. GND接地。c. PO 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电

6、流。d. P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收 输出4TTL门电流。e. P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输 出4个TTL门电流。f. P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电流34 0（2）ULN2003AULN2003A是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003A俞出端为低 电平，当输入端为低电平时ULN2003A俞出端为高电平。共16个端口，其中17 口为输入端口，相对应1610 口为输出端口。8号口 9号口为地与com端口。UL

7、JWdiA图 3 ULN2003A(3) 步进电机 MOTOR-STEPPER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的方 向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量， 从而达到准确定位的目的；同时可以通过控 制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速目的 。3.4系统整体电路图4LCD1 'rpii flESPAEk-T图4系统整体电路图r'-CTH：l坤XTM1FU1AD1FU2hD2Xl

8、fiLJ祖品備FDDdFO&ftDSFD£AD6RSTHITJftDTP2DW8P2WP2JATIPSENME健UMS岳r麒”P2.TA95PSQftxt)P1.1P31WCDP1JnaiHigI1JP?2HHT1F1.ilp i tinF15F1J&阴關£M.TUT3S3TS3 so>,sSiJ-Xst和. j1 "*>1OL 'TEE二 U2A:目.COM11 1C1151SICOMi门_JZ_ll_JL_JZJK3D3A .4步进电机转速控制显示系统仿真和调试4.1仿真软件介绍本设计主要采用 Protues软件，Protu

9、es软件是英国Labcenter electronics 公 司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDAX具软件的仿真功能，还能仿真单片机 及外围器件。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCE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/DSPIC33、AVR ARM 8086和MSP43等，2010年即将增加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MPLA等多种编译。 它具有丰富的元器件库，超过 27000种元器件，可方便地创建新元件。仿真元器件资源

10、：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信 号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一 个电路中随意的调用。图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作 用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标， 例如极高的 输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。还提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数 字信号 。4.2系统仿真实现LCD1- AiiFheiJaxfcL0F(1)打

11、开仿真，出现如图界面，目前电动机为停止状态图5初始状态(2)按下K1正转开关，电动机开始正转，LCD显示正转CHV5TRJ- IV_1- sTgfly c ic i=-i-i ooo.：-.-. pc :r:d、IQ迅 nr. - » 31-LCD1- - - 沟和I和打扳：*d-LidS1EXTALISDDftDa吨昭DIED2MD2:JCTAL2BUM 口叩椒4PDD5PnfiADEH£TutirgEfPZIMP2 WSP72JP.IC1ALEPZ 甬12孚PZW.I7PZWILMlTjmSPJ.1HXDFl.lF"2FJ2IHT1Pi3PUfiJTTR14P

12、3 VTDF1J5P3.SO1P1J5Z517JJ& J-1L .13 Ui i; inK?3 !3=?却s-213图6正转状态(3)按下K4开关，电动机开始加速转动，显示屏显示正转加速。CTpd miPD6*0e purm*2WWPZIM P72ft'D 陀；WE f±ME2 P75ftL3PnflfflKDi3.nnp町 jJfGLDnjflfTurnPISTJmjorm庸IT图7正转加速状态(4) 随后转速达到稳定，LCD显示正转正常运行mLn3CTAL3R5TpinP1.IP1J PiJPtiP1J5PipFBBMDD KLIMDI P&2MD2FCL

13、LRD1 MifMbf FD翩 D$ RJ.aDJ:Zsz-ST 3 起圧昭M.IM K2AID P23MIJM F2.MM2 魄3口 社3MHP3Q?!：: DPSjfifTH.4HU wyrn FHMldR airjffFDw忙3:x:gH號吃(X!L.K 砂.图8正转正常运行状态(5) 按下K6开关，使电动机减速，显示正转减速运行UTR1Q型0*0 Qpc o訐 G*CO-9H-LCD1-f:唧 冲 HDJB-!- f 恂DM! PD1W>I PD2WH 川3£口 PD4AJDi| POiWS FUME'S FD7ADT魄嗨 V2ZR.13*2jW1+PZTAnF

14、OmidJ M.1IM FJiiRTffP3JWUTI巧竺pjauw3<H *TE打JQ-tTTDFB*Gl41riJLH2n>«&C5I 匚卜匸£ O«BOflWOr -图9正转减速(6) 当步进电机转速达到稳定时，LCD显示正转低速运行: - 'TSCTr >1B 2&5DE-BTBPfP*1 -LCD1 X1 C-Rectal-rHt?rOOQOQQQOQ u_ Uj 口闍g山云翟PD.IAD1?C1WramnFD.JKFU3J托RSTPDJADTMLEP2HW 也I甬P2.4M12 1213 ZfiRUPI 口 P

15、11 »12D13 PI 4FlEfflKD FITXD 町询MR.4/TOP|j5P3J5iHMEP坤诩PITU2:AB£2023*捋£3Kfl"fln-图10正转低速运行(7) 此时按下K3,无需先按下K2停止，电动机实现反转运行，显示反转低速运行。煤至 UK3TC图11反转低速运行(8) 此时按下K4,与正转加速类似，加速过程后，显示反转正常运行LCD1''''FDDmDDPD.1ADIFD2AD2 FD3HD3 吃辄M 川牌2 prad? PDWDis-31"35Ti?THO-*13*:A：P2OA311

16、J1.I1J1J1.L1.5M1.1 PPPPFPPPP 2210 P33AII P24AI2 陀讯口PZTAI!21.QQQ-0-O-O-0-ODE Pjjl IL13 inOC*t O DS2O ft5SOI pjeuhiT MJjnB"图12反转正常运行状态DUW釜糞KTC4.3系统测试测试环境：20 r测试仪器：XP系统计算机，protues仿真软件，keil程序编辑软件。测量数据：暂无数据。4.4数据分析由于本课程设计仅限于仿真阶段， 实现其设计功能，未做出实体，所以暂时没有 数据，有待以后深入研究发展。5总结5.1设计小结本设计通过分析步进电机结构工作原理，查阅步进电机控

17、制系统的相关科技文 献，遵循实用、简单、可靠和低成本的原则，设计了一种既可用于精度要求不高，但 控制需完备的场合，对本次设计，有以下结论：（1）采用单片机为控制核心，利用其强大的功能，把开关和显示电路有机的结合起来，组成一个操作方便，交互性强的控制系统。而且整个系统所包含的技术包括 了很多现本科学校自动化专业所要求的知识，有利于实践教学取得最大效果。（2）系统软件采用结构化设计，具有易维护性，根据用户新的要求，对软件系统进行少量的修改，使系统功能得到一定程度的提高5.1收获体会通过对本设计的设计与研究，对于proteus有了更深层次的了解，对于软件操作 也更加的熟练。基于以前的对于单片机的知识

18、的学习，没有十分系统的做过相应的实验，此软件的仿真功能很好的解决了这一问题。使得对于单片机的各个接口，模块功能,程序的设计有了更深层次的理解。我们深知做的工作还很不够，由于软件和硬件的各方面原因，系统的应用讨论不够，精度还有待于进一步提高。5.2展望随着技术的不断发展，步进电机的控制应用前景将越来越广阔， 而其控制系统也 将向着智能化和网络化的方向发展。 此课程设计还是比较基础部分，基本上在实用上 没有太大用途，但是我们要在现在的基础上，不断吸收新的技术和方法，并将其应用 于课题研究上来，为以后学习更多的电子类如嵌入式、 微机原理等知识打下了坚实基 础。6参考文献1 侯玉宝，等基于proteu

19、s的51系列单片机设计与仿真M.电子工业出版社,2010.2 林志琦，等.基于proteus的单片机可视化软硬件仿真 M.科学出版社,2006.3 李全利，等.单片机原理及接口技术M.北京航空航天大学出版社,2010.4 薛均义，等.MCS-51系列单片微型计算机及其应用M.西安交通大学出版社,2009.7附录7.1系统主要功能展示图.QKg口Ogg .:Si：E：K-Eiu jt ；图13系统展示p7.2器件清单元件名称元件个数AT89C511AMPIRE128641AND_8170744BUTTON5CAP2ULN2003A1RESPACK-71CRYSTAL1MOTOR-STEPPER1

20、PHYC0402NP015P1POT-LIN1RES610WATT1K23WATT2K227.3 C程序#in elude <reg51.h>#i nclude <stdio.h>#in elude <math.h>#defi ne uc un sig ned char#defi ne ui un sig ned int#defi ne LCDPAGE 0xB8#defi ne LCDLINE 0x40 sbit p00=P0A0;sbit p01= P0A1；sbit p02=P0A2;sbit p03=P0A3;sbit E=P3A5;sbit RW=P

21、3A4;sbit RS=P3A2;sbit L=P3A1;sbit R=P3A0;sbit Busy=P2A7;uc scan_key1,scan_key2;uc step1;step2;static step_index;ui count1,count2;uc butter;static speed;uc code CHANG=0x20,0x18,0x08,0x09,0xEE,0xAA,0xA8,0xAF,0xA8,0xA8,0xEC,0x0B,0x2A,0x18,0x08,0x00,0x00,0x00,0x3E,0x02,0x02,0x02,0x02,0xFF,0x02,0x02,0x12

22、,0x22,0x1E,0x00,0x00,0x00,;uc code YUN=0x40,0x41,0xCE,0x04,0x00,0x20,0x22,0xA2,0x62,0x22,0xA2,0x22,0x22,0x22,0x20,0x00,0x40,0x20,0x1F,0x20,0x28,0x4C,0x4A,0x49,0x48,0x4C,0x44,0x45,0x5E,0x4C,0x40,0x00,;uc code XING=0x10,0x08,0x84,0xC6,0x73,0x22,0x40,0x44,0x44,0x44,0xC4,0x44,0x44,0x44,0x40,0x00,0x02,0x

23、01,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, ;uc code ZHENG =0x00,0x02,0x02,0xC2,0x02,0x02,0x02,0x02,0xFE,0x82,0x82,0x82,0x82,0x82,0x02,0x00,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x00, ;uc code ZHUAN =0xC8,0xA8,0x9C,0xEB,0x88,0x88,0x8

24、8,0x40, 0x48,0xF8,0x4F,0x48,0x48,0x48,0x40,0x00, 0x08,0x08,0x04,0xFF,0x04,0x04,0x00,0x02, 0x0B,0x12,0x22,0xD2,0x0E,0x02,0x00,0x00, ;uc code CONTRARY =0x00,0x00,0xFE,0x12,0x72,0x92,0x12,0x12,0x12,0x11,0x91,0x71,0x01,0x00,0x00,0x00,0x40,0x30,0x4F,0x40,0x20,0x21,0x12,0x0C, 0x0C,0x12,0x11,0x20,0x60,0x20

25、,0x00,0x00, ;uc code TING =0x80,0x40,0x20,0xF8,0x07,0x02,0x04,0x74,0x54,0x55,0x56,0x54,0x74,0x04,0x04,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x03,0x01,0x05,0x45,0x85,0x7D,0x05,0x05,0x05,0x03,0x00,;uc code ZHI =0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x00,0x00,0x00, 0xFF,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x00,0x00, 0x40,0x40,0x40,0x

26、40,0x7F,0x40,0x40,0x40, 0x7F,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x00, ;uc code JIA=0x00,0x08,0x08,0x08,0xFF,0x08,0x08,0xF8, 0x00,0xF8,0x08,0x08,0x08,0xF8,0x00,0x00, 0x40,0x20,0x18,0x07,0x00,0x20,0x40,0x3F, 0x00,0x7F,0x10,0x10,0x10,0x3F,0x00,0x00, ;uc code SU=0x40,0x42,0xCC,0x00,0x04,0xE4,0x24,0x24,0xFF,0

27、x24,0x24,0x24,0xE4,0x04,0x00,0x00,0x40,0x20,0x1F,0x20,0x48,0x49,0x45,0x43,0x7F,0x41,0x43,0x45,0x4D,0x40,0x40,0x00, ;uc code JIAN=0x00,0x02,0xEC,0x00,0xF8,0x28,0x28,0x28,0x28,0x28,0xFF,0x08,0x8A,0xEC,0x48,0x00,0x02,0x5F,0x20,0x18,0x07,0x00,0x1F,0x49,0x5F,0x20,0x13,0x0C,0x13,0x20,0x78,0x00, ;uc code B

28、AI=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, ;uc code DI=0x40,0x20,0xF0,0x0C,0x07,0x02,0xFC,0x44, 0x44,0x42,0xFE,0x43,0x43,0x42,0x40,0x00, 0x00,0x00,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x7F,0x20

29、, 0x10,0x28,0x43,0x0C,0x10,0x20,0x78,0x00, ;void iniLCD(void);void chkbusy(void);void wcode(uc cd) ;void wdata(uc dat);void disrow(uc page,uc col,uc *temp);void display( uc page,uc col,uc *temp);void ground(step);void run1();void run2();void stop();void delay(ui time);void iniLCD(void) L=1;R=1;wcode

30、(0x38);wcode(0x0f);wcode(0xc0);wcode(0x01);wcode(0x06);void chkbusy(void)E=1;RS=0;RW=1;P2=0xff;while(!Busy);void wcode(uc cd)chkbusy();P2=0xff;RW=0;RS=0;P2=cd;E=1;E=0;void wdata(uc dat)chkbusy();P2=0xff;RW=0;RS=1;P2=dat;E=1;E=0;void disrow(uc page,uc col,uc *temp)uc i;if(col<64)L=1;R=0;wcode(LCDP

31、AGE+page); wcode(LCDLINE+col); if(col+16)<64)for(i=0;i<16;i+)wdata(*(temp+i);elsefor(i=0;i<64-col;i+)wdata(*(temp+i);L=0;R=1;wcode(LCDPAGE+page); wcode(LCDLINE);for(i=64-col;i<16;i+)wdata(*(temp+i);elseL=0;R=1;wcode(LCDPAGE+page);wcode(LCDLINE+col-64);for(i=0;i<16;i+)wdata(*(temp+i);v

32、oid ground(step_index)P0=0x00;switch(step_index)case 0:p00 = 1;p01 = 0;p02 = 0;p03 = 0;break;case 1:p00 = 1;p01 = 1;p02 = 0;p03 = 0;break;case 2:p00 = 0;p01 = 1;p02 = 0;p03 = 0;break;case 3:p00 = 0;p01 = 1;p02 = 1;p03 = 0; break; case 4:p00 = 0;p01 = 0;p02 = 1;p03 = 0; break; case 5:p00 = 0;p01 = 0;

33、p02 = 1;p03 = 1; break; case 6: p00 = 0;p01 = 0;p02 = 0;p03 = 1; break; case 7:p00 = 0;p01 = 0;p02 = 0;p03 = 1; void display( uc page,uc col,uc *temp)disrow( page, col, temp);disrow( page+1, col, temp+16);void main(void)P2=0xff;iniLCD();step2=0;step1=0;P1=0xff;P0=0x00;EX1=1;EA=1;speed=2010;while(1)if(scan_key1=1)&(scan_key2=0) display(6,0x00,&ZHENG);display(6,0x10,&ZHUAN);ground(step_index);delay(speed);step_index+;if(step_index>7)step_index=0;if(scan_key1=0)&(scan_key2=1)ground