毕设基于单片机的步进电机的控制器设计

毕设基于单片机的步进电机的控制器设计内容摘要：

码管显示速度的等级。 单片机对电机的控制有以下好处：（ 1）使电路更加简单，采用电子电路为了实现控制逻辑需要很多电子 元件，而单片机绝大多数的控制电路都可以通过软件实现。 （ 2）可以实现较复杂的控制，单片机有更强的逻辑功能，运算速度快，精度高，有大量的存储单元。 （ 3）灵活性和适应性，用单片机只需要改变程序就可以达到控制的要求。 （ 4）无零点漂移，控制精度高。 （ 5）可提供人际交换，多级联网工作。 根据设计要求，采用的方案如下：硬件部分实现电机转动和速度显示功能，包括控制开关模块；电机转动模块和速度显示模块。 软件部分实现对步进电机的控制功能，主要设计思想通过控制台控制程序的开关来控制电机的转动，由电机反馈回来的数据经单片机控制显示 器显示数据。 5 3 系统硬件设计 本设计的硬件电路包括独立按键控制模块，步进电机驱动模块，数码管显示模块和单片机最小系统四大部分。 单片机最小系统由时钟电路和复位电路组成，保证单片机正常运行。 独立按键控制模块由开关和按键组成，当按下按键时，该系统就按照该按键控制的功能运作。 显示模块主要是为了显示电机的工作状态和转速。 驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。 图 系统总体结构框图 控制电路 根据系统的控制要求，控制输入部分设置了顺时针控制，逆时针控制 ，加速控制，减速控制和停止按键。 控制电路如图 2 所示。 当按下按键，内部程序检测 的状态变化来调用相应的启动和换向程序，从而实现系统的电机的启动和正反转控制。 根据步进电机的工作原理可以知道，步进电机转速的控制主要是通过控制通入电机的脉冲频率，从而控制电机的转速。 对于单片机而言，主要的方法有：软件延时和定时中断在此电路中电机的转速控制主要是通过定时器的中断来实现 6 的，通过控制按键的开关和闭合改变速度值存储区中的数据（该数据为定时器的中断次数），这样就改变了步进电机的输出脉冲频率，从而改变了电机的转 速。 图 控制电路原理图 最小系统 单片机的最小系统一般由时钟电路和复位电路构成。 通过时钟电路提供单片机各种微操作基准，通过复位电路使单片机片内存储器初始化。 由下图可以看出，时钟电路是在引脚 XTAL1 和 XTAL2 外部接一个十二兆的晶振，同时在晶振的两脚分别接了 22pf 的电容。 晶振的作用是产生震荡时钟脉冲。 7 电容起稳定震荡频率，快速起震的作用。 复位电路使由独立按键， 200 偶电阻和一个 10Uf 的电容构成。 复位电路使单片机从一种确定的状态开始运行。 图 复位及时钟振荡电路 驱动电路 本次设计用 ULN2020 来驱动步进电机，电路图如图 所示。 通过单片机的~ 输出脉冲到 ULN2020 的 1B~4B 口，经信号放大后从 1C~4C 出口分别输出到电机的 ABCD 四相。 ULN2020 是一种大功率驱动芯片，多用于智能仪器， PLC，步进电机控制。 由于控制步进电机需要高功率，而单片机不能直接提供给步进电机。 因此我们用ULN2020 来放大信号。 ULN2020 输入只需要 5V 的电平，但是输出可以高达 50V，因此它具有工作电压高，电路增益高，可以提供大功率负载的特点，适应于各种功 率驱动电路。 8 图 ULN2020 的管脚图 本次设计所用 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的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。 每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。 当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。 四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（ ABCDA），双（双相绕组通电）四拍（ ABBCCDDAAB），八拍（ AABBBCCCDDDAA） ，本次设计采用单相绕组。 9 图 28BYJ48 型步进电机的参数 橙 黄 粉 蓝 十六制（ P1 口） 1 0 0 0 0x08 1 1 0 0 0x0c 0 1 0 0 0x04 0 1 1 0 0x06 0 0 1 0 0x02 0 0 1 1 0x03 0 0 0 1 0x01 1 0 0 1 0x09 图 步进电机工作时序波形图及逆时针旋转的代码 由此可得电机逆时针旋转的相 {0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09} 10 图 步进电机驱动电路 显示电路 为了能看出步进电机的转速，我们用显示电路的数码管显示电机的速度，主要是利用了单片机的 P0 口接一个两位的共阳极数码管。 数码管 a、 b、 c、 d、 e、f、 g、 dp 分别接 ~ 口 .数码管的公共角 1， 2 分别接 ，。 本次所用的数码管参数和管脚图 如下： 11 图 两位共阳数码管得参数 图 步进电机显示电路 12 总体电路图 把各个部分的电路图组合成总电路图，如下图所示： 图 总体电路图 13 4 系统软件设计 软件设计分析 本次采用的步进电机是五相四线的，查该电机的工作参数我们可以看出它的工作电压时 +5V，因此我们可以直接把他正极与单片机正极相连，供 5v 的电压。 由总体的电路图我们可以看出步进电机的四个接口与 ULN2020 相接。 ULN2020 与单片机 P1 口相连。 单片机 P0 口接一个两位共阳极数码管。 通过上述的分析我们发现要实现系统的功能，我们要设计一下几个模块程序：主程序，延时程序，按键子程序，数码管显示程序。 为了实现操作灵活性，随时可以加速减速，我们采用定时器中断。 当通电后，单片机首先检测加速减速按键是否按下，同时数码管显示速度等级。 当按一下正转或者反转按键时候，电机开始转动。 按下停止键电机立马停止转动。 通过软件编程实现系统的功能，系统功能运行的好坏，与程序设计好坏有关。 主程序设计 当我们给系统供入 5V 电压时，由复位电路给系统进行初始化。 然后便 开始执行按键查询等待相应的操作，当有按键按下的时，程序便调用并执行相应的子程序，下图为主流程图：。