正反转可控的步进电机电路设计

1、正反转可控的步进电机电路设计授课教师： 陈颀 学生姓名： 王谣 学 号： 学生学院专业： 信息工程与自动化学院电路与系统 目 录第1章 设计阐明11.1 选题背景11.2 基本设计要求11.3 工作环境1第2章 系统方案整体设计22.1 设计思路2第3章 硬件设计43.1系统硬件设计43.1.1步进电机运行驱动模块43.1.2 主函数模块43.1.3 整体功效53.2 系统工作原理阐述5第4章 软件设计74.1 分析论证74.1.1步进电机运行驱动模块74.1.2 主函数模块74.1.3 整体功效74.2 程序流程74.3 程序清单8第1章 设计阐明1.1选题背景随着数字化技术的发展，数字控制

2、技术得到了广泛而深入的应用。由于步进电机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能上能满足工业控制的基本要求，并且在家用电器等大量的角度和位移控制系统中得到了极其广泛的应用。而单片机技术的成功应用和低廉的价格使得对步进电机的控制得以实现。因此本设计用51单片机和ULN2003A电机驱动芯片并加入控制按钮来实现步进电机的正、反转控制。1.2基本设计要求（1）采用单片机控制一个三相单三拍的步进电机工作。步进电机的旋转方向由正反转控制信号控制。步进电机的步数由程序预先定为3步，有键盘控制正传反转和停止；（2）电机运转的时候有正传反转指示灯指示；（3）上机调试程序；（4）写出设计报告。1.3 工作环境本次

3、实验未要求硬件实现，故只使用软件仿真，采用了Windows操作系统，Keil C51软件。第2章 系统方案整体设计2.1设计思路步进电机的不同驱动方式，都是在工作时，脉冲信号按一定顺序轮流加到三相绕组上，从而实现不同的工作状态。由于通电顺序不同，其运行方式有三相单三拍、三相双三拍和三相拍、双六拍三种。 下图所示为反应式步进电动机工作原理图，若通过脉冲分配器输出的第一个脉冲使A相绕组通电，B,C相绕组不通电使A相绕组通电，B,C相绕组不通电，在A相绕组通电后产生的磁场将使转子上产生反应转矩，转子的1、3齿将与定子磁极对齐，如果图（a）所示。第二个脉冲到来，使B相绕组通电，而A、C相绕组不通电；B

4、相绕组产生的磁场将使转子的2、4齿与B相磁极对齐，如图（b）所示，与图（a）相比，转子逆时针方向转动了一个角度。第三个脉冲到来后，是C相绕组通电，而A，B相不通电，这时转子的1，3齿会与C组对齐，转子的位置如图（c)所示，与图（b)比较，又逆时针转过了一个角度。图1反应式步进电机工作原理图当脉冲不断到来时，通过分配器使定子的绕组按着A相-B相-C相-A相的规律不断地接通与断开，这时步进电动机的转子就连续不停地一步步的逆时针方向转动。如果改变步进电动机的转动方向，只要将定子各绕组通电的顺序改为A相-C相-B相-A相，转子转动方向即改为顺时针方向。本文中使用的是三相双三拍运行方式，这种运行方式每次

5、都有两个绕阻通电，通电方式是AB-BC-CA-AB，如果通电顺序为AB-CA-BC-AB则步进电机反转。双三拍分配方式时，步进电机的步距角也是30度。之所以采用双三拍是因为，双三拍的特点是每次都有两相绕阻通电，且在转换过程中始终有一相绕阻保持通电状态，因此工作状态稳定，且步距角与单三拍的相同。第3章 硬件设计3.1系统硬件设计3.1.1 最小单片机系统图2 最小单片机系统5v电源：给系统供电。复位电路：程序跑飞时复位电路可以使程序重新执行，相当于电脑的重启。EA接高电平：表示运行内部程序存储器下载的程序。P0口接排阻：P0口开漏结构，使用时一般接排阻拉高电平。3.1.2电机驱动电路图3电机驱动

6、电路电机驱动电路由于单片机直接输出的脉冲不足以驱动步进电机正常工作，所以本设计采用驱动ULN2003A对电机进行驱动。3.1.3开关控制电路图4开关控制电路开关控制电路是整个系统的输入部分，通过开关输入电路，经单片机电路控制电机驱动电路动作，同时动作表示灯给出表示。3.2硬件电路图图2 硬件电路图硬件设计分为单片机电路、电机驱动电路、动作表示灯电路、开关控制电路。首先单片机采用最常用AT89C51，晶振频率采12MHz，复位电路电容用10uF，再加上时钟电路和电源构成单片机最小系统。其次电机驱动电路由于单片机直接输出的脉冲不足以驱动步进电机正常工作，所以本设计采用驱动ULN2003A对电机进行

7、驱动。最后开关控制电路是整个系统的输入部分，通过开关输入电路，经单片机电路控制电机驱动电路动作，同时动作表示灯给出表示。第4章 软件设计4.1分析论证此步进电机控制电路设计与实现，主要采用ULN2003A驱动芯片，温度传感器芯片DS18B20芯片，独立键盘等，包含步进电机运行驱动，主函数两大功效模块4.1.1 步进电机驱动模块由于该系统中没有完全使用I/O端口，所以采用了独立键盘的工作方式，系统工作时，键盘控制的I/O口处于高电平状态，当按键按下时触发低电平，驱动程序实时检测并立即响应执行相应工作。4.1.2 主函数模块该模块的重要功效是调度温度采集函数，步进电机函数中函数，实现模块化编程。4

8、.1.3 整体功效AT89S52芯片控制ULN2003A芯片驱动步进电机，扫描键盘输入运行状态以及运转步数。4.2程序流程图主程序设计思路：整个系统软件分为两个部分：正转、反转。通过调用延时程序来实现对电机的控制。系统采用模块化编程，将个部分功能分别实现。系统流程图如右所示：图2 程序流程图4.3程序清单#include /51芯片管脚定义头文件#include /内部包含延时函数 _nop_();#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code FFW8=0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0

9、xf8,0xf9;uchar code REV8=0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1;/*/ /* 延时t毫秒 /* 11.0592MHz时钟，延时约1ms /*/void delay(uint t) uint k; while(t-) for(k=0; k125; k+) /*步进电机正转*/void motor_ffw(uint n) uchar i; uint j; for (j=0; j12*n; j+) /转1n圈 for (i=0; i8; i+) /一个周期转30度 P1 = FFWi; /取数据 delay(15); /调节转速 /*步进电机反转*/void motor_rev(uint n) uchar i;uint j;for (j=0; j12*n; j+) /转1n圈 for (i=0; i8; i+)