任务15：汽车怠速控制器设计与制作

任务15：汽车怠速控制器设计与制作

【任务目标】知识目标技能目标素质目标能描述步进电机的基本组成与应用。能进行步进电机控制程序编制、调试、拓展应用。1.规范操作过程，符合6S管理要求；2.具备自主学习、团队协作、认真探究的态度。任务15：汽车怠速控制器设计与制作

【任务描述】利用PROTUES仿真软件进行电路设计，通过KEIL软件进行单片机程序设计，要求通过按键对步进电机进行控制。按下正转按键，步进电机正向转动；按下反转按键，步进电机反向转动；按下加速按键，步进电机转动速度加快；按下减速按键，步进电机转动速度减慢；按下停止按键，步进电机停止转动。任务15：汽车怠速控制器设计与制作

【任务实施】1.电路设计图15-1汽车怠速控制器仿真展示源程序任务15：汽车怠速控制器设计与制作

3.功能测试

（1）检查电路连接是否正确：

是□否□（2）按下正转按键，步进电机正向转动：

是□否□（3）按下反转按键，步进电机反向转动：

是□否□（4）按下减速按键，步进电机速度减慢：

是□否□（5）按下加速按键，步进电机速度加快：

是□否□（6）按下停止按键，步进电机停止转动：

是□否□任务15：汽车怠速控制器设计与制作

【知识链接】1.ULN2004AULN2004A是一款高电压、高电流达林顿阵列，每个包含7个开集达林顿对，共发射极。适用于继电器驱动器、步进和DC有刷电机驱动器、灯驱动器、显示器驱动器（LED或GDT）、线路驱动器和逻辑缓冲器。带有抑制二极管，用于感性负载输出可以并联，以输出更高的电流。TTL/CMOS/PMOS/DTL兼容输入。图15-2ULN2004A内部结构图任务15：汽车怠速控制器设计与制作

2.步进电机工作原理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。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。任务15：汽车怠速控制器设计与制作

3.四相步进电机四相步进电机内部有4对磁极，此外还有一个公共端（COM）接电源，另外的A、B、C、D是四相的接头。而四相步进电机可以向外引出六条接线（两条COM共同接入Vcc），也可以引出五条线，如图15-3所示，所以我们在购买时会看到有六线四相制和五线四相制的步进电机。其中A、B、C、D四相接头是需要连接到单片机IO端，通过一定方式改变四相接口的通电状态来控制电机正反转动。图15-3四相步进电机结构图任务15：汽车怠速控制器设计与制作

4.步进电机驱动方式（1）单四拍驱动方式这是最简单的步进电机驱动方式。这种方式，电机在每个瞬间只有一个线圈导通，消耗电力小。但在切换瞬间时没有任何的电磁作用在转子上，容易造成振动，也容易因为惯性而失步。

如图15-4所示。图15-4单四拍步序图任务15：汽车怠速控制器设计与制作

（2）双四拍驱动方式

这种方式输出的转矩较大且振动较少，切换过程中至少有一个线圈通电作用于转子，使得输出的转矩较大，振动较小，也比单四拍平稳，不易失步。图15-5双四拍步序图任务15：汽车怠速控制器设计与制作

（3）八拍驱动方式综合上述两种驱动信号，使用单四拍和双四拍交替进行的方式，每传送一个励磁信号，步进电机前进半个步距角。其特点是分辨率高，运转更加平滑，也是最常用的一种方式。

图15-6八拍步序图任务15：汽车怠速控制器设计与制作

5.程序编程思路程序流程图如图15-7所示。图15-7程序流程图

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【拓展任务】

任务15汽车怠速控制器设计与制作学时2姓名

学号

班级

日期

团队成员

任务要求设计一个汽车怠速控制器，要求实现步进电正转、反转、加速、减速功能，用LED指示灯显示正转、反转标