单片机控制步进电机.pdf

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1、20182018学年第一学期单片机原理与应用课程设计报告题目：单片机控制步进电机专业：通信工程班级：10 通信2）班姓名：卢大卫、徐磊、吴冬冬付文涛、贾少华指导教师：周珍艮、崔雪英电气工程系2018 年 10 月 27日第 1 页，共 25 页I/25 单片机控制步进电机任务书课题名称指导教师职称）执行时间学生姓名学号卢大卫1009131044 徐磊1009131080 吴冬冬1009131070 付文涛1009131020 贾少华1009131026 设计目的通过具体小型测试系统设计，实践单片机系统设计及调试的全过程，以加深对单片设计要求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

2、旋转方向由正反转控制信并输入步数时，步进电机才开始工作。电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。电机在运转过程中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮，同时警报响。摘要步进电机是用电脉冲信号控制，以实现对生产过程或设备的数字控制，它是过程控制中一种十分重要和常用的功率执行器件，它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器或角位移发生器等，近年来由于计算机应用技术的迅速发展，步进电机常常和计算机一起组成高精度的数字控制系统。b5E2RGbCAP 由于它是由数字脉冲控制，因此非常适合于用单片机控制，本设计便是在第 2 页，共 25 页文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E

3、3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文

4、档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E

5、3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文

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7、3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文

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9、3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3II/25 此基础上，AT89C51型单片机为核心，并结合外围电路以步进电机为控制对象的控制系统。p1EanqFDPw 关键词：AT89C51。步进电机目录单片机原理与应用任务书摘要目录第 1 章单片机控制步进电机原理1 第 2 章详细设计方案 2 第 3 页，共 25 页文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2

10、H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码

11、:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2

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16、H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3III/25 2.1 实现方法 2 2.2 模块设计 4 2.2.1 步进电机的驱动4 2.2.2 按键电路设计4 2.2.3 时钟产生及复位电路52.3 主程序流程图图 6 第 3 章调试 7 3.1 Proteus 仿真软件 7 3.2 调试步骤及方法 73.3仿真图8 3.4实验结果及分析 8总结 9 参考文献 10 附 录 1源程序）11附录 2系统原理图）18附录 3器件清单）19第 4 页，共 25 页文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K

17、6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D

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23、6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R31/25 第 1 章 单片机控制步进电机原理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相拍、三相双三拍和三相单、双六拍三种注意：上面“三相单三拍”中的“三相”指定子有三相绕组；“拍”是指定子绕组改变一次通电方式；“三拍”表示通电三次完成一个循环。“三相双三拍”中的“双”是指同时有两相绕组通电）。DXDiTa9E3d 1）三相单三拍运

24、行方式：下页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，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 所示，与图比较，又逆时针转过了一个角度。RTCrpUDGiT 图1.1 反应式步进电机工作原理图当脉冲不断到

25、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第 5 页，共 25 页文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS

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31、3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R32/25 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。5PCzVD7HxA 单三拍分配方式时，步进电动机由A相通电转换到 B相同点

32、，步进电动机的转子转过一个角度，称为一步。这时转子转过的角度是30度。步进电动机每一步转过的角度称为步距角。jLBHrnAILg 2）三相双三拍运行方式三相双三拍运行方式：每次都有两个绕组通电，通电方式是 AB-BC-CA-AB，如果通电顺序改为 AB-CA-BC-AB则步进电机反转。双三拍分配方式时，步进电动机的步距角也是30度xHAQX74J0X 3）三相单，双六拍运行方式：三相六拍分配方式就是每个周期内有六个通电状态。这六中通电状态的顺序可以使A-AB-B-BC-C-CA-A 或者 A-CA-C-BC-B-AB-A六拍通电方式中，有一个时刻两个绕组同时通电，这是转子齿的位置将位于通电的两

33、相的中间位置。在三相六拍分配方式下，转子每一步转过的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是15度。LDAYtRyKfE 单三拍运行的突出问题是每次只有一相绕组通电，在转换过程中，一相绕组断电，另一相绕组通电，容易发生失步；另外单靠一相绕组通电吸引转子，稳定性不好，容易在平衡位置附近震荡，故用的较少。Zzz6ZB2Ltk 双三拍运行的特点是每次都有两相绕组通电，且在转换过程中始终有一相绕组保持通电状态，因此工作稳定，且步距角与单三拍相同。dvzfvkwMI1 六拍运行方式转换时始终有一相绕组通电，且步距角较小，故工作稳定性好，但电源较复杂，实际应用较多。第 6 页，共 25 页文档编码:CO8E

34、1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8

35、ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E

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37、ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E

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39、ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E

40、1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R33/25 第2章 详细设计方案2.1 实现方法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。即步进电机是将电脉冲信号转换为机械角位移的执行元件。步进电机的控制可以用硬件，也可以用软件通过单片机实现。硬件方法是采用脉冲分配器芯片进行通用换相控制；而软件方法是用单片机产生控制脉冲来控制步进电机的运行状态，这种方法可简化电路，降低成本。rqyn14ZNXI 在用软件控制

41、时，主要设计要点如下：判断旋转方向；按相序确定控制字；按顺序输入控制字；确定控制步数和每一步的延时时间。由于单片机的驱动电流一般都比较小，不能直接驱动电机工作，所以单片机的I/O口输出必须接驱动电路，即功率驱动，才得以控制电机正常工作。控制框图如下图所示：EmxvxOtOco 开始启动时点击处于停止转动状态，当按下启动按键时，点击开始转动并以单四拍作为默认启动方式，用两个开关按键用于节拍控制，用键盘按键控制停止、启动、正转、反转。用8051作为总控制芯片。ULN2003用于步进电机的驱动控制。其中在键盘控制时用键盘扫描程序。如图2.1总方案图。SixE2yXPq5 图2.1 总方案图控制按钮单

42、片机8051 功率驱动步进电机第 7 页，共 25 页文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W

43、3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P

44、8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W

45、3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P

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47、3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P

48、8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R34/25 2.2模块设计2.2.1 步进电机的驱动步进电机的驱动采用 ULN2003，接到单片机的 P1.0P1.3，如图2.1步进电机驱动和单片机连线图。6ewMyirQFL 图2.1 步进电机驱动和单片机连线图2.2.2 按键电路设计键盘接口按不同标准有不同分类方法，按键盘排布，可以分为独立方式一组相

49、互独立的键盘）和矩阵 If(i=3if(i=1单双八拍Y Y Y N N 启动电机Y N 第 10 页，共 25 页文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档

50、编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3K2H9F8 ZS7W3K6X4R3文档编码:CO8E1O3P8D6 HQ5E3