2022年基于单片机的步进电机控制课程设计报告.docx

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1、精品学习资源单 片 机 课 程河南农业高校设 计 报 告欢迎下载精品学习资源题目名称： 步进电机掌握系统专业： 电 子 信 息 工 程班级： 10 电 信 一 班学号： 1004101021同学姓名： 汤 炜 炜指导老师：王玲2021 年 6 月 27 日欢迎下载精品学习资源目录1. 前言12. 整体设计2欢迎下载精品学习资源2.1 步进电机 28BYJ-48 .22.1.1 28BYJ-48 工作原理 .22.1.2 28BYJ-48 参数 .22.2 单片机 .32.2.1.概述 .32.2.2.单片机地挑选 .42.2.3.单片机地基本结构.43. 电路仿真设计 .63.1 仿真软件 P

2、roteus 地使用 .63.2 单片机最小系统 .83.3 液晶显示模块 .93.4 步进电机及其驱动模块.123.5 键盘设计 .134. 软件设计 .144.1 Keil C51 编程软件地使用及调试方法.144.2 软件设计要求 .154.3 系统软件设计流程 .154.3.1 软件总体设计框图 .154.4 主程序 .154.4.1 头文件 .154.4.2 主程序 .164.4.3 液晶模块 .164.4.4 矩阵键盘模块 .184.4.5 电机模块 .205. 调试与功能说明.235.1 硬件调试 .236. 终止语 .227.参考文献 .221. 前言步进电机是一种将电脉冲转化

3、为角位移地执行机构.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地方向转动一个固定地角度（及步进角）.您可以欢迎下载精品学习资源通过掌握脉冲个来掌握角位移量，从而达到精确定位地目地；同时您可以通过掌握脉冲频率来掌握电机转动地速度和加速度，从而达到调速地目地.20 世纪末，电子技术获得了飞速地进展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会地各个领域，有力地推动了社会生产力地进展和社会信息化程度地提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代地节奏也越来越快，其中步进电机也广泛应用于数字掌握系统，例如数控机床、绘图机、运算机外围设备、自动记录外表、钟表和数 模转换装置

4、等 .步进电机分三种：永磁式（PM ），反应式（ VR ）和混合式（ HB ），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大.在欧美等发达国家80岁月已被剔除；混合式步进是指混合了永磁式和反应式地优点.它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度.这种步进电机地应用最为广泛.基于步进电机在社会实践中地广泛应用，本设计主要运用 28BYJ-18 步进电机，此产品小体积、高转速、底振动 .具 有结构紧凑、力矩大、输入功率小、噪音小、 使用便利等特点.产品广泛用于空调

5、器、电动器械、冷暖通阀门、热水器自动调温系统、自动化仪器、舞台灯光、安防视频监控、及单片机学习开发等领域.再用 STC89C52单片机作为掌握器来实现基于单片机地步进电机掌握系统.2、整体设计2.1 步进电机 28BYJ-482.1.1 28BYJ-48 工作原理本试验挑选 28BYJ-48 步进电机作为设计对象，步进电机 28BYJ48 型四相八拍电机，电压为 DC5V DC12V .当对步进电机施加一系列连续不断地掌握脉冲时，它可以连续不断地欢迎下载精品学习资源转动 .每一个脉冲信号对应步进电机地某一相或两相绕组地通电状态转变一次，也就对应转子转过肯定地角度（一个步距角）.当通电状态地转变

6、完成一个循环时，转子转过一个齿距.四相步进电机可以在不同地通电方式下运行，常见地通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A.），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-.），八拍（ A-AB-B- BC-C-CD-D-DA-A.）2.1.2 28BYJ-48 参数1. 极限参数：表2-1参数最小值最大值单位工作温度1+60储存温度-20+752. 技术参数：表2-2参数值参数值欢迎下载精品学习资源电压 VDC5直流电阻 25C 32 7%步距角空载牵入频率H空z载牵出频率5.625 /646001/64V 1S温升 K250噪音 dB300驱动方式四相八拍230mm，采

7、纳 UL 26AWG1061 地电源线接线指示图H绝z缘耐压 50 600欢迎下载精品学习资源减速比牵入转矩（ 100Hz 时）自定位转矩gf.cm连接线长：3. 接线示意图橙4粉红2红5黄3蓝1欢迎下载精品学习资源图2.1 接线示意图4. 脉冲安排方式连线序号54321导线颜色红橙黄粉红蓝安排次序1+-2 3+4+5+6 7+8+-+-图2.2 脉冲安排方式2.2 单片机2.2.1. 概述单片机微型运算机是微型运算机地一个重要分支，也是颇具生命力地机种.单片机微型运算机简称单片机，特殊适用于掌握领域，故又称为微掌握器.通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有运算机地基本功能部件：中心处

8、 理器、储备器和 I/O 接口电路等 .因此，单片机只需要和适当地软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机掌握系统.2.2.2. 单片机地挑选目前，我国生产许多型号地单片机，在此，我们采纳型号为STC89C51 地单片机 .由于： STC89C51 是一个低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含4k bytes 地可反复擦写地 Flash 只读程序储备器和128 bytes 地随机存取数据储备器（RAM ），器件采纳ATMEL 公司地高密度、非易失性储备技术生产，兼容标准MCS-52 指令系统，片内置通用8 位中心处理器和 Flash 储备单元，内置功能强大地微型运算机地AT89C51 供

9、应了高性价比地解欢迎下载精品学习资源决方案 .STC89C51 是一个低功耗高性能单片机，40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（I/O ）端口，同时内含2 个外中断口， 2 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， STC89C51 可以根据常规方法进行编程，也可以在线编程.其将通用地微处理器和Flash储备器结合在一起，特殊是可反复擦写地Flash 储备器可有效地降低开发成本.2.2.3. 单片机地基本结构下图是 MCS-51 系列单片机地内部结构示意图：MCS-51 系列单片机无论是片内RAM容量、 I/O 口功能、系统扩展才能、指令系统、引脚等都基本相同 .在制造

10、技术上，MCS-51 系列单片机按两种工艺生产.一种是HMOS工艺，即高密度短沟道MOS 工艺 .另一种是 CHMOS 工艺，即互补金属氧化物地HMOS 工艺生产 . 在片内程序储备器地配置上，MCS-51 系列单片机有三种形式，即片内无程序储备器、有掩膜程序储备器ROM 、有可擦除程序储备器EPROM.单片机端口地既有肯定地通用性，亦要有相当地敏捷性，端口地设置目地总是想尽量 满意各种设备连接地要求.当然单一通用地单片机芯片，是无法实现与任意一种外设地直接连接地 .单片机地引脚数有限，更不能同时与多个外设直接连接.目前解决地方法是使用外接接口芯片来实现 .此类芯片目前市面上有许多，有地接口芯

11、片起传输过程中地缓冲作用以便满意接口地驱动才能要求；有地可以进行对电信号进行放大或衰减，以便适应单片机电平地需求；有地可以进行模数或数模转换，支持单片机对模拟信号处理.在功能上， MCS-51 系列单片机有基本型和增强型两类，它们以芯片型号地末位数字来区分 .即“1为”基本型， “2”为增强型 .在 MCS-51 系列单片机中，我们以8051 为例，来介绍其结构及功能.8051 单片机地内部功能框图如图 2.3 示：欢迎下载精品学习资源图 2.3 MCS-51 系列单片机地内部结构3. 电路仿真设计本系统主要由键盘模块，显示模块，主控模块，步进电机模块组成，其系统图如下：欢迎下载精品学习资源图

12、 3.0 系统总体结构框图3.1 仿真软件 Proteus地使用Proteus 是一款特地地单片机系统仿真软件，其所供应地单片机型号多，可便于用户进行各种单片机系统地设计与仿真.另外， Proteus 供应了许多设计中常用地各种芯片如各种数字门电路、触发器、移位寄存器和其他可编程规律芯片，便利用户进行各种设计电路地仿真.值得一提地是Proteus 供应地示波器、信号发生器、测量探针等虚拟仪器为用户分析测试设计电路供应了理论依据，便利了用户设计.双击桌面快捷方式打开 Proteus原理图设计软件，界面如下所示：图 3.1 Proteus 地 ISIS 原理图编辑界面欢迎下载精品学习资源单击界面中

13、地 YES 可以查看 Proteus 软件自带地原理图仿真实例，挑选NO 可以进行电路原理图地设计 .然后点击软件界面右面地P 可以放置所需要地元器件，界面如下图所示：图 3.2 元器件放置界面找到设计电路所需要地元器件然后双击所需地元器件，这时就会在软件右侧地元器件列表中看到所挑选地元器件了.在此单击鼠标左键后就可将元件放到原理图编辑界面中.放好元器件后用导线将元器件连接起来，最终地总体地系统设计图如下：欢迎下载精品学习资源U321X1XTAL1P0.0/AD0 P0.1/AD111.0592P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD510RSTP0.6/AD6

14、 P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9323335PSEN ALE EAP2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A152P1.0P3.0/RXDRST3456789P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6P1.7P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WRP3.7/RDC130pFC22030pFRST4342414039383736DB_0 DB_1 DB_2 DB_3 DB_4 DB_5DB_6DB_7VCC2425262728293031KeyOu

15、t2 KeyOut1 KeyIn1 KeyIn2 KeyIn3 KeyIn4R31kRS WREN DB_0DB_1DB_2 DB_3DB_4 DB_5DB_6RESETDB_7C30.1uFCGND VCCVO RSWRE DB0DB1DB2 DB3DB4 DB5DB6 DB7BG VCCBG GND181113141516171819C VR2NAME=SED1565R14.7kAT89C51U1VCCMC0 MC1MC2 MC3KEYOUT2KEYOUT1R4 R5 R6 R74.7k 4.7k 4.7k12 1B3 2B4 3B4B5 5B676B7BCOM1C2C3C4C5C6C7C

16、91615A14B13CD121110ULN2003ACDKEYIN1BA+88.8C C VKEYIN2KEYIN3KEYIN4图 3.3 系统总体设计3.2 单片机最小系统单片机地最小系统是由电源、复位、晶振组成，下面介绍一下每一个组成部分.其proteus 仿真图如下：欢迎下载精品学习资源C130pFC230pFVCCRST21X111.0592201032U3XTAL1XTAL2RSTP0.0/AD043P0.1/AD142P0.2/AD241P0.3/AD340P0.4/AD439P0.5/AD538P0.6/AD637P0.7/AD736P2.0/A824P2.1/A925P2.2

17、/A102627DB_0 DB_1 DB_2 DB_3 DB_4 DB_5 DB_6 DB_7KeyOut2欢迎下载精品学习资源RESETR218C30.1uF3335RSTPSEN ALEEAP2.3/A11 P2.4/A1228P2.5/A132930P2.6/A14 P2.7/A1531KeyOut1 KeyIn1KeyIn2 KeyIn3 KeyIn4欢迎下载精品学习资源R1 RS RW4.7k2P1.034P1.1P1.2P3.0/RXD1113P3.1/TXDP3.2/INT014MC0MC1 MC2欢迎下载精品学习资源56EN789P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7

18、AT89C51单片机电路P3.3/INT115P3.4/T016P3.5/T117P3.6/WR1819P3.7/RDMC3欢迎下载精品学习资源图 3.4 单片机最小系统3.3 液晶显示模块为了更人性化，更直观地明白到步进电机地运行状况，所以在本设计中加入了液晶显示模块， 以便准时地将步进电机地当前运行状态供应应用户，由于本设计所显示地内容并不多所以选着较小容量地 LCD1602 即可 .其设计地电路图如下：图 3.5 液晶显示电路欢迎下载精品学习资源3.4 步进电机及其驱动模块由于单片机驱动才能有限，不能直接用于步进电机地驱动本设计采纳 ULN2003A 芯片驱动步进电机 .ULN2003

19、是高耐压、大电流达林顿陈设 ,由七个硅 NPN 达林顿管组成 . 该电路地特点如下 : ULN2003 地每一对达林顿都串联一个 2.7K 地基极电阻 ,在 5V 地工作电压下它能与 TTL 和 CMOS 电路 直接相连 ,可以直接处理原先需要标准规律缓冲器来处理地数据. 其内部结构如下：图 3.6 ULN2003 内部结构图连接步进电机电路图如下：图 3.7 步进电机及其驱动电路欢迎下载精品学习资源3.5 键盘设计本次设计要求有六个按键，分别为启动，停止，一档，二档，三档，四档.由于键盘数量较多，用独立按键将铺张大量IO 口，所以本地合计采纳矩阵键盘，其中K1 ， K2 分别对应启动，停止，

20、 K5-K8 对应一档，二档，三档，四档，其电路图如下：图 3.8 键盘电路当用手按下一个键时，如图3-8 所示，往往按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳固到闭合状态地情形；在释放一个键时，也回会显现类似地情形.这就是抖动 .抖动地连续时间随键盘材料和操作员而异，不过通常总是不大于10ms.很简单想到，抖动问题不解决就会引起对闭合键地识别.用软件方法可以很简单地解决抖动问题，这就是通过推迟3-10ms来等待抖动消逝，这之后，在读入键盘码键按下前沿抖动后沿抖动闭合稳固图 3.9 按键抖动信号波形欢迎下载精品学习资源4. 软件设计4.1 Keil C51编程软件地使用及调试方法本设计地软件设计采

21、纳Keil C51 来编写，该软件地使用方法介绍如下.双击桌面上地Keil软件地快捷启动方式打开软件，打开后地软件界面如下图所示：图 4.1 Keil 软件界面然后点击 Project New Project 挑选新建工程，并储存到合适位置置，然后在芯片列表中挑选相应地芯片，界面如下图所示，然后点击完成即可.图 4.2 芯片挑选界面欢迎下载精品学习资源完成后点击File New 新建一个程序编辑文件，然后储存即可在其中编辑所需要地程序了，然后点击软件上方地调试按钮进行纠错调试直至没有错误.4.2 软件设计要求本设计要求实现用STC89C52 单片机实现对步进电机地掌握，并能实现步进电机地旋转，

22、及四档不同地速度调剂，同时能准时地用液晶显示屏显示步进电机地当前状态4.3 系统软件设计流程4.3.1 软件总体设计框图图 4.1 主程序流程图4.4 主程序本设计为使程序可读性好将分模块进行说明.4.4.1 头文件欢迎下载精品学习资源#ifndef _KYE_H_ #define _KYE_H_/* 常用数据类型简化定义*/typedefunsigned char uint8 ；typedefunsigned intuint16 ；/*矩阵键盘位定义 */sbit KeyIn1= P10；sbit KeyIn2= P11；sbit KeyIn3= P12；sbit KeyIn4= P13；s

23、bit KeyOut1 = P14 ；sbit KeyOut2 = P15 ；sbit KeyOut3 = P16 ；sbit KeyOut4 = P17 ；/*液晶掌握位定义 */ sbit RS = P25 ；sbit RW = P26 ；sbit EN = P27 ；sbit BUSY = P07 ；/*电机转速档位定义*/#defineOne50#defineTwo30#defineThree16#defineFour8/*子程序声明 */ void Disvoid ；void waitvoid ；void w_cmduint8 cmd ；void w_datuint8 dat ；vo

24、id w_stringuint8 addr_start, uint8 *p；欢迎下载精品学习资源void Init_LCD1602void；void delayuint8 t ；void keyscanvoid ；void MoForvoid ；#endif4.4.2 主程序#include #include #include Motorz.hbit StartEnd= 0；/ 启动停止标志位，默认停止uint8Gra= One；/档位变量 ,默认一档uint8code FFW=0x09,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08；/旋转码表void mainvoid

25、while1keyscan；/ 键盘扫描Dis ；/ 液晶显示初始化ifStartEnd =1MoFor ；elseP3 = 0；4.4.3 液晶模块欢迎下载精品学习资源/*等待繁忙标志 */ void waitvoidP0 = 0xFF；DoRS = 0；RW = 1 ；EN = 0 ；EN = 1 ；while BUSY = 1；EN = 0 ；/*写数据 */void w_datuint8 datwait ；EN = 0 ；P0 = dat；RS = 1；RW = 0 ；EN = 1 ；EN = 0 ；/*写命令 */void w_cmduint8 cmdwait ；EN = 0 ；P0

26、 = cmd；RS = 0；RW = 0 ；欢迎下载精品学习资源EN = 1 ；EN = 0 ；/*发送字符串到 LCD*/void w_stringuint8 addr_start, uint8 *pw_cmdaddr_start ；while *p .= 0w_dat*p+ ；/*初始化 1602*/ void Init_LCD1602voidw_cmd0x38 ； / 16*2 显示， 5*7 点阵， 8 位数据接口w_cmd0x0C ； / 显示器开，不显示光标w_cmd0x06 ； / 写一个字符后，地址指针加1 w_cmd0x01 ； / 现实清零，数据指针清零/* 液晶显示子程序

27、 */ void DisvoidInit_LCD1602 ；ifStartEndw_string0x80,start ；ifGra=Onew_string0xc0,grade:one ；欢迎下载精品学习资源else ifGra=Twow_string0xc0,grade:Two ；else ifGra=Threew_string0xc0,grade:Three ；Elsew_string0xc0,grade:Four ；Elsew_string0x01, ；4.4.4 矩阵键盘模块/*键盘扫描子程序 */ void keyscanvoidKeyOut1 = 0 ；KeyOut2 = 1 ；Ke

28、yOut3 = 1 ；KeyOut4 = 1 ；if.KeyIn1delay5 ；if.KeyIn1欢迎下载精品学习资源StartEnd=1；while.KeyIn1 ；if.KeyIn2delay5；if.KeyIn2StartEnd=0 ；while.KeyIn2 ；KeyOut1 = 1 ；KeyOut2 = 0 ；KeyOut3 = 1 ；KeyOut4 = 1 ；if.KeyIn1delay5；if.KeyIn1Gra= One；while.KeyIn1 ；if.KeyIn2delay5；if.KeyIn2Gra= Two；while.KeyIn2 ；欢迎下载精品学习资源if.KeyIn3delay5；if.KeyIn3Gra= Three；while.KeyIn3 ；if.KeyIn4delay5；if.KeyIn4Gra= Four；while.KeyIn4 ；4.4.5 电机模块/*电机旋转子程序 */ void MoForvoidchar i；while StartEndkeyscan；Dis ；for i=7 ； i=0 ； i-P3 = FFWi ；delayGra ；欢迎