单片机的步进电机控制设计方案.pdf

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1、毕业设计(论文课题名称基于单片机的步进电机控制设计学生姓名学号系、年级专业信息工程系电子信息工程专业指导教师职称讲 师 2009年5月22 日I/48 摘 要本论文主要介绍了基于单片机的步进电机控制的规则、硬件结构、软件代码的编写及工作原理、以及液晶模块12864LCD的详细介绍以及指令集。模拟出单片机系统下的步进电机转速控制，具有任意转速选择、转动时间、正反转、加速和减速设置、系统低功耗、可实现在线调试等特点。本系统是以单片机为其控制核心，以有源晶振构成的电路作为时钟信号，通过键盘输入选择向单片机控制系统发出步进转动控制命令，控制系统接收命令后做出一系列必要的判断后，控电机的转速、转向等。本

2、设计已通过了实验仿真，运行稳定，达到了基本的设计要求。本设计要分为两大块：一块为硬件电路组成部分，一块为软件程序设计部分。在硬件电路里主要包括有源晶振部分、键盘输入控制部分、电机驱动电路及液晶显示部分等与单片机的接线设计；软件编程方面主要是子程序和主程序的编写，包括：初始化代码、液晶驱动代码、时间记录代码、表格数据代码等。关键词：单片机；步进电机；12864LCD；指令集Abstract This thesis is mainly introduce the Prepared and working principles about 文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 Z

3、V7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2

4、X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 Z

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7、V7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2

8、X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 Z

9、V7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7II/48 regulation、structure of hardware、software code of stepping motor control based on MCU as well as detail information and instruction set on LCD Module 12864LCD.This thesis also simulates that under the sys

10、tem of single-chip stepping motor speed control has the disadvantages of changing speed、time arbitrary、Positive and negative transfer、installation of accelerated and deceleration、low-power system and online debugging.Single-chip as core of control and the circuit made up by active crystal as clock s

11、ignal,the stepper motor speed control system starts to making a series of necessary judgment and then control rotate speed and change direction when it receive the command of stepper transfer control from single-chip control system by keyboard.As run steady,this project has already passed the simula

12、tion and has achieved the basic purpose.This project consists of two parties.One is hardware circuit and the other is software programming.In the part of hardware circuit is include active crystal、control system of keyboard input、system of motor drive circuit and liquid crystal system.In the second

13、part,Design of connection of single-chip、software prepared is the mainly prepared of Subroutine and Main program including initialization code、liquid drive code、the timing of recording code form data code8.Key words:MCU；stepper motor；12864LCD；Instruction Set.目录摘 要I AbstractI 第 1章 绪论1 1.1 课题的来源1 1.2

14、课题研究的意义1 文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X

15、1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV

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20、7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7III/48 1.3 课题国内研究现状1 1.4 课题研究的目的和主要内容2 第 2章 步进电机方案设计与分析3 2.1 方案提出3 2.2 可行性分析4 2.3 主要器件选择4 第 3章 系统硬件设计5 3.1 AMPIRE128*64 液晶屏介绍6 3.2 HD61202 及其指令集介绍7 3.3 晶振、复位、驱动电路8 3.4 液晶显

21、示屏与单片机接口电路10 3.5 控键与单片机接口电路11 第 4章 系统软件设计13 4.1 电机流程图13 4.2 液晶屏驱动代码设计14 4.3 固定字符显示代码18 4.4 中断子程序19 4.5 汉字表19 4.6 字符表22 4.7 延时子程序22 4.8 主函数程序23 第 5章 系统仿真24 5.1 Keil2编译环境介绍25 5.2 Proteus 仿真平台26 5.3 建立工程工程27 5.4 Proteus中原理图的绘制及文件的加载32 5.5 开机界面显示32 5.6 控制界面显示33 5.7 仿真结果分析及解决方法34 第 6章 PCB板设计35 6.1 加载网络表及

22、元件封装35 文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S

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34、M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9

35、 ZV7M7O8K2C71/48 第 1 章 绪论1.1课题的来源步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比如步进

36、电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。1.2 课题研究的意义对基于单片机控制的步进电机的转速控制进行设计：一方面是对所学知识的综合运用，可以更好地学习单片机的应用技

37、术，另一方面步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。1.3课题国内研究现状上个世纪就出现了步进电动机，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。在本世纪初，由于资本主义列强争夺殖民地，造船工业发展很快，同时也使得步进电动机的技术得到了长足的进步。到了80年代后，由于廉价的微型计算机以多文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M

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42、2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9

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44、2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C72/48 功能的姿态出现，步进电动机的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。计算机则通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出电动机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流

45、和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子步进式的转动，随着脉冲频率的增高，转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。1.4课题研究的目的和主要内容本文针对步进电机控制的设计，首先介绍了选题的要求，之后详细叙述了软件和硬件的设计过程。在时钟脉冲的作用下，各个按键都能按照事先设定好的规则进行控制。确定键能使界面从初始化显示切换到步进电机显

46、示界面，0-9十个数字键用来设置转速，正转和反转控制电机的正反转向，加速和减速键用来控制转速，以十转为基本单位进行递加或递减，设置键可以设置转向、精确的转速、转动时间，当设置完成是可以用启动键启动。硬件部分是由中央处理器AT89C51单片机），控制部分 独立式按键系统），显示部分 12864LCD液晶显示模块）组成的，驱动部分L298芯片）；软件部分的主要内容是通过对步进电机的控制、驱动程序进行编写和调试以实现步进电机的功能。通过硬件和软件调试，并针对问题分析修改后，步进电机系统可以稳定运行。步进电机系统中各个部分之间通过数据的传送最终完成了整个步进电机的运行、显示和进行按键的功能。最后论文对

47、设计进行了总结，对设计中可以进一步改善的地方提出了建议。文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7

48、M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1

49、S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7

50、M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1S9S9 HY5G8W1W2T9 ZV7M7O8K2C7文档编码:CG4M2X1