毕业设计（论文）-步进电机控制系统

1、四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目:_步进电机控制系统_专 业:_电子信息工程技术_班 级:_电信07-2班_学 号:_ _姓 名:_ _指导教师:_ _ 2009年 12 月 26 日四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学 生姓 名班级电信07-2班专业电子信息工程技术设计（或论文）题目步进电机控制系统指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注副教授四川信息职业技术学院电子信息工程技术专业教学设计（论文）内容：1、用单片机作为开发工具设计一个步进电机控制系统；2、能够实现匀速运转、加速运转、减速运转、正反转切换功能；3、可通过键盘选择步进电机的转速、方向；4、能用Proteus软件进行仿真。进度安排：1、第6-7周：确定设计任务，查找资料，拟定设计方案； 2、第8-9周：软、硬件功能划分，系统硬件电路的设计； 3、第10-11周：软件结构设计、设计软件流程图并编制相应的软件；4、第12-13周：系统工作原理分析，综合调试；5、第14-15周：整理资料，拟定毕业设计报告初稿；6、第16周：检查定稿，准备答辩； 7、第17-18周：答辩。主要参考文

2、献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：1 樊明龙任丽静编单片机原理与应用M化学工业出版社，20052 徐爱卿编单片微型计算机应用和开发系统M北京航空航天大学出版社，19983 张伟编单片机原理及应用M机械工业出版社20034 胡汉才编单片机原理及接口技术M清华大学出版社20055 吴金戌编8051单片机实践与应用M清华大学出版社，2003审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。目录摘 要1绪 论2第1章 硬件系统设计311最小应用系统设计3111 AT89C51单片机3112 时钟电路5113 复位电路612功能电路设计6121 键盘控制电路6122 步进电机电路7123 ULN2003电路813 系统工作原理9第2章 软件设计1121 步进电机四相八拍工作方式11211 四相八拍工作方式11212 步进电机转向控制1222 步进电机控制系统工作流程1223系统流程图14总 结15参考文献16附 录17附录1 整机电路图17附录2 源程序18 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)摘 要步进电机作为执行元件，是机电

3、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。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。广泛应用于自动控制和精密机械等领域，尤其在需要精确定位时应用得更为广泛。本控制系统是采用单片机提供电脉冲信号通过驱动电路放大信号后，驱动步进电机转动。通过软硬件结合使得步进电机可实现匀速运转、加速运转、减速运转、正反转切换等功能。本系统硬件主要由最小应用系统、键盘控制电路和功能电路组成。其中单片机采用AT89C51驱动，通过由ULN2003芯片组成的放大电路，驱使四相八拍步进电机35BYJ46型。关键词：AT89C51单片机；步进电机；ULN2003；全套设计加扣 3346389411或3012250582绪 论随着经济建设和城市

4、的迅速发展，步进电机控制系统在工业过程控制中得到了广泛的应用，尤其在需要精确定位场合中应用得更为广泛。步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种把输出机械位移增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。步进电机具有快速启停能力，只要电机的负荷不超过它所能提供的动态转矩，就能通过输入脉冲来控制它在一瞬间启动和停止。步进电机控制系统是采用单片机提供电脉冲信号通过驱动电路放大信号后,驱动步进电机转动。使电机能实现正向或反向运转，电机能加速运转、减速运转，并能按给定速度匀速运转。系统设计包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括最小应用系统、I/O接口电路和功能电路的设计。软件设计包括流程图设计和程序设计。程序主要包括步进电机正向、逆向控制程序，加速、减速控制程序，按给定速度匀速运转程序，延时程序。在本控制系统中，单片机采用AT89C51芯片,步进电机为35BYJ46型。通过软硬件结合使得步进电机可实现按给定速度匀速运转、加速运转、减速运转、正反转切换等功能，可通过键盘选择步进电机的转速、方向，同时还考虑了系统的抗干扰技术。步进电机的步距角和转速只和输入的脉冲频率有关，与环境温

5、度、气压、冲击和振动无关，也不受电网电压的波动和负载变化的影响，它每转一周都有固定的步数，步进精确和步距误差不会长期积累。步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度的控制，因此，作为控制执行部件，步进电机在需要精确定位场合应用广泛。第1章 硬件系统设计11最小应用系统设计单片机的最小应用系统是指能够维持单片机运行的最简单的配置系统，如图1-1所示。最小应用系统主要由AT89C51单片机、时钟电路和复位电路组成。图1-1 AT89C51最小应用系统111 AT89C51单片机AT89C51单片机是片内无程序存储器的单片机。在其扩展片外程序存储器时，由于P0口是数据线、地址线分时复用的，故P0口输出的低8位必须经地址锁存器进行锁存，提供地址总线的低8位A0A7。由于P2口一直提供高8位地址，故不需要外加地址锁存器，直接提供地址总线的高8位A8A15。在本系统设计中，由于扩展的是EPROM2716芯片，故P2口直接提供地址总线的高3位。ALE用于锁存P0口输出的低8位地址的控制线。PSEN用于片外程序存储器的读控制。AT89C51是40引脚双列直插式封装的集成电路芯片，基引脚排列如图1-2所

6、示。4个并行口共有32根引脚，可以分别作地址线、数据线和I/O线；2根电源线；2桶时钟振荡电路引脚和4根控制线。图1-2 AT89C51 单片机引脚排列AT89C51单片机引脚功能列表：引脚功能引脚功能18P1口18XTAL29RST/Vpd19XTAL110P3.0/RXD20Vss11P3.1/TXD2128P2口12P3.2/INTO29PNSE13P3.3/INT130ALE/PROG14P3.4/T031ALE/PROG15P3.5/T13239P0口16P3.6/WR40Vcc17P3.7/RD表1-1 AT89C51 引脚功能1CPUCPU 也叫中央处理器，是单片机的核心部件，主要完成单片机的运算和控制功能。其内部由运算器和控制器组成。（1）运算器：包括算术逻辑单元ALU、布尔处理器、累加器ACC、寄存器B、暂存器TMP1和TMP2、程序状态字PSW寄存字PSW寄存器及十进制调整电路等。（2）控制器：包括定时控制逻辑、指令寄存器、译码器以及信息传送控制部件等。以实现控制功能。2内部存储器单片机内的存储器包括程序存储器和数据存储器，它们互相独立。（1）程序存储器（ROM）：

7、为只读存储器，用于存放程序指令、常数及数据表格。（2）数据存储器（RAM）：为随机存储器，用于存放数据。数据存储器又可分为北部数据存储器和外部数据存储器。3定时器/计数器MCS-51单片机内部有2个16位的定时器/计数器，用于实现北部定时或外部计数的功能，并一起定时或者计数的结果来实现控制功能。4中断系统控制MCS-51单片机具有中断功能，以满足控制应用的需要。MCS-51共有5个中断源，即外部中断2个，定时器/计数器中断2个，串行口中断一个。全部中断可分为高级和低级两个优先级别。5并行I/O口MCS-51单片机内部共有四个8位的并行I/O口，以实现数据的并行输入和输出。6全双工串行口MCS-51单片机还有一个全双工的串行口，以实现单片机与外部之间的串行数据传送。112 时钟电路单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。MCS-51单片机的时钟信号通常用两种方式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。本系统设计采用内部振荡方式，如图1-3所示。图1-3 时钟电路MCS-51片内有个高增益的反相放大器，其输入端（XTAL1）和输出端(XT

8、AL2)用于外接石英晶体振荡器或陶瓷谐振器和微调电容，构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。电容C1和C2对频率有微调作用，电容值一般取30pF左右，振荡频率范围是1.212MHZ。MCS-51在通常情况下，使用振荡频率为6MHZ的石英晶体，而12MHZ频率的晶体主要在高速串行通信情况下使用。振荡脉冲信号经过内部时钟发生器进行二分频之后，才可以成为单片机的时钟信号。113 复位电路复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU及各专用寄存器处于一个确定的初始状态。如：把PC的内容初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行，除了进入系统的正常初始化之外，当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要复位以使其恢复正常工作状态。RST端的外部复位电路有两种操作方式：上电自动复位和按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种，本系统设计采用的是上电复位，如图1-4所示。图 1-4 复位电路12功能电路设计121 键盘控制电路键盘是计算机不可缺少的输入设备，是实现人与计算机对话的纽带，在单片机应用系统中常用独立式键盘与行列式键盘（矩阵式键盘）。独立式键盘配置灵活，软件结构简单，适合于按键数目较少的场合，故本系统设计中采用独立式键盘。独立式键盘是指各按键相互独立地接通一条输入数据线，当任何一个键按下时，与之相连的输入数据线即被清0（低电平），而平时该线为1（高电平），键盘电路接一个与门电路就组成了完整的键盘控制电路。如图1-5、1-6所示。图1-5 键盘电路图1-6 与门电路122 步进电机电路步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种把输出机械位移增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。步进电机具有快速启停能力，只要电机的负荷不超过它所能提供的动态转矩，就能通过输入脉冲来控制它在一

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