基于单片机的步进电机控制器设计论文

基于单片机的步进电机控制器设计论文内容摘要：

对四相步进电机的进行加速、减速、正反转控制。 通过本设计 来 学会自己处理实际问题的能力，体会出理论与实际的差别。 在整个设计过程中体会失败的痛苦和成功后的喜悦。 使我们真正与实际实物的一次碰撞。 为我们更好的走向社会、适应社会打下良好的基础。 5 第三章 控制系统硬件电路组成 按照初期设计思路及控制系 统功能实现，硬件电路可分为电源模块、按键模块、控制中枢 模 块 、 显 示 模 块 及 步 进 电 机 驱 动 输 出 模 块 等 几 部 分。 如 下 图 单 片 机电 源 模 块键 盘 电 路显 示 模 块驱 动 模 块 图 控制系统结构图 电源模块 由于单片机工作电压为 35V,选用电脑 USB 口 电源作为整个电路的供电电源， USB 接口共有 4 根线路如图 图 USB 接口电路 其中 4 线为电源的 VCC 和 GND， 3 为数据传输线，顾直接引出 4 作为电源的 VCC 和 GND 使用。 由于 USB 电源并不稳定，考虑并联一个电解电容和一个陶瓷电容用来滤波。 电解电容可以滤除低频干扰，陶瓷电容用来滤出高频干扰。 电解电容的容量为 1mA 对应 13uF,由于电脑 USB5V电源相对比较稳定，故采 6 用 100uF 来滤除低频信号。 陶瓷电容的容量一般对应为芯片频率的倒数，由于单片机晶振为 12MHZ，故陶瓷电容大小应为 1/12uF，故采用 陶瓷电容。 电源开关选用双刀单掷开关整体电路图如下图 图 电源电路 单片机 STC89C52RC 目 前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。 本设计选用 STC89C52 实现对步进电机的编程控制。 STC89C52RC 单片机是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超强抗干扰的单 片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机， 12 时钟 /机器周期和 6 时钟 /机器周 期可以任意选择。 主要特性如下： 增强型 8051 单片机， 6 时钟 /机器周期和 12 时钟 /机器周期可以任 意选择，指令代码完全兼容传统 8051。 工作电压： ～ （ 5V 单片机） /～ （ 3V 单片机）。 工作频率范围： 0～ 40MHz，相当于普通 8051 的 0～ 80MHz，实际工 作频率可达 48MHz。 工作温度范围： 40～ +85℃（工业级） /0～ 75℃ （商业级）。 通用 I/O 口 （ 32 个） 复位后为： ， P1/P2/P3/P4 是准双向口 /弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻 ，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（ RXD/,TXD/）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片。 共 3 个 16 位定时器 /计数器。 即定时器 T0、 T T2 STC89C52 的引脚结构见图 ，设计中用到引脚及其功能如下： 7 VCC ：电源 GND：地 P0口： P0 作为通用 I/O 口使用时，属于准双向 I/O 口。 作为地址 /数据总线使用是一个真正地双向口。 P1口： P1 口是 80C51 唯一的单功能口，仅 能用作通用的数据输入 /输出口。 与 8051 不同之处是， 和 还可以分别作为定时 /计数器 2的外部计数输入和输出。 P2 口： P2 口作为通用的 I/O 口使用时，属于准双向 I/O 口。 还可以用作地址总线。 P3口： P3 口可以用作通用 I/O 口。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的是它的第二功能。 如下所示： 图 STC89C52 引脚图 单片机 RST 复位电路 由于电路电源为 5V 左右 ， 51 单片机中 9引脚 RST 接高电平（ 以上）持续 2T 实现复位。 电容充电时间约 t=R2*C42T 即可满足复位要求。 故选择 10K 电阻及 10uF 电 8 容。 容充电到 倍电源电压及 时间为。 所以电路启动 电压为 满足复位，按下按键 S2后 电容放电至 ,RST 电压为 满足高电平复位要求。 图 单片机复位电路 晶振选定 STC89C52RC 中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体一起构成自激振荡器。 设计使用 51单片机顾选用 12MHZ 的晶振频率便于计算，同时 对于 32KHZ 以上的晶振，当 VDD 大于 时，大约 C1=C2=30PF。 晶振电路如下图 图 单片机晶振电路图 9 步进 电机 28BYJ48 设计初期经查询资料，选定永磁式四相五线减速电机 28BYJ48 作为被控制电机。 步进电机 28BYJ48 型四相电机，电压为 5V。 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。 由于电机的八拍转动精度是四拍的一倍，设计中电机为八拍工作方式，下图 列出其主要 参数。 图 28BYJ48参数图 在买到电机后，我将红线接 5V电源，依次将其他四线接触负极，最后发现对橙、黄、粉、蓝通入电流后发现电机反转，故确定八拍工作的电机的驱动图如下图 所示 导线颜色 1 2 3 4 5 6 7 8 红 + + + + + + + + 橙 黄 粉 蓝 图 步进电机逆向旋转脉冲图 所以可以定义旋转相序 uchar Zheng[8]={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01}。 //逆时钟旋转相序表 电机型号 电压 相数 相电阻 Ω177。 10% 步距角度 减速比 28BYJ48 5V 4 300 4 1/64 10 uchar Fu[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}。 //正时钟旋转相序表 由 360176。 /定子齿数 /相数 =步距角 可以算出电机共有 512 齿。 由 运转速度 =脉冲频率 60/步进电机分割数 /减速比 64 来计算设定定时器赋值。 电路开机设定步进电机速度为 180176。 每秒 ，步进分割比为 360/，算出定时器初始定时为 35000/18 约 1944us。 同上可算出电机速度为 170176。 每秒时定时器定时为 35000/17。 若将 180176。 每秒的速度级设为 18 以此类推 10176。 的速度级为 1。 用 ANG_Zheng和 ANG_Fu 代表正负速度级取值为 018，则相应定时器定时应设定 为35000/AN。