基于单片机的步进电机控制的设计.doc

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1、安徽建筑工业学院毕业设计（论文） 摘 要步进电机由于其精确性及其良好的性能得到广泛的应用，本文介绍了基于STC89C52单片机的步进电机控制系统的设计，在硬件部分，描述了该系统的硬 件配置工作原理，在单片机和步进电机之间选用了ULN2003驱动芯片，通过按键向单片机输送控制信号，控制步进电机的转速和正反转，实践表明系统性能优于传统的步进电机控制器。步进电动机由于用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在众多领域有着极其广泛的应用。本文是一种基于单片机的步进电机的系统设计，用C语言编写出电机的正转、反转、加速、减速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2003以及相应的按键实现以上

2、功能，并且步进电机的工作状态要用相应的数码管显示出来。本文内容介绍了步进电机以及单片机原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试，同时介绍了调试过程中出现的问题以及解决问题的方法。经过实践应用证明，该控制系统的抗干扰能力以及稳定性都非常好。关键字：步进电机；STC89C52单片机；ULN2003Abstract Because of accuracy and well capability, the stepper motor is used in many fields. Design of a stepping motor control system based on M

3、CU-89C52 processor is introduced. The system hardware configuration and working principle are described in this paper. The Step - motor drive chooses ULN2003 model between the single - chip microcomputer and step - motor. As an automatic control system, this system sends the control signals to the M

4、CU by pressing the button to control the rotation speed and rotation direction of the Stepping Motor. The practice showed that the performance of this system out did the traditional stepping motor controller .The open-loop system which is composed by step-motor is simple, cheap and very practical, s

5、o there are very widely range of applications in many other fields. This article describes one design of step-motor system based on .the single - chip microcomputer ,The program of the preparation of a motor, straight revolving ,reverse revolving , speed up, slow down, stop is written by C language.

6、 The above functions are realized through the single - chip microcomputer, motor driver chip ULN2003 and correspond key, and the work state of stepper motor is displayed through the numeral diode. This article introduces the principle of stepper motor and single-chip microcomputer, the system hardwa

7、re circuit, the program components, while software and hardware for the debugging, at the same time introduces the problems which are appeared in the debugging process and the solutions of the problems .From practice, we can bear out that both of the capability of resisting interference and the stab

8、ility are all right.Key words：Stepper motor; STC89C52 single - chip microcomputer; ULN2003目 录第一章 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 研究背景11.3 论文的主要研究内容3第二章 步进电机的介绍42.1 步进电机的简介42.2 步进电机的分类42.3 步进电机的特点52.4 步进电机的应用62.5 步进电机的工作原理62.6 控制步进电机速度的方法8第三章 设计要求及方案选择103.1 设计要求103.2 方案选择103.2.1 单片机的选择103.2.2 驱动芯片的选择103.2.3 最终

9、方案11第四章 硬件设计124.1 系统框图124.2单片机模块124.3键盘模块144.4 驱动模块154.5 显示模块164.6 电源模块174.7 系统总电路图18第五章 软件设计205.1 系统开发软件环境205.2 系统程序框图205.3 源程序21第六章 系统的调试286.1程序编译时的错误与解决方法286.2 L7805CV输出电压错误与解决方法286.3 加速减速按钮问题与解决方法286.4 接线短路问题与解决方法286.5 步进电机转动错误与解决方法29第七章 结论、展望30参考文献31致谢32附录331 实物图3339第一章 绪论1.1 课题研究的目的和意义步进电动机是用电

10、脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现变速，快速启停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。1.2 研究背景随着半导体技术的飞速发展，以及移动通信、网络技术、多媒体技术在嵌入式系统设计中的应用，单片机从4位、8位、16位到32位，其发展历程一直受到广大电子爱好者的关注。单片机功能越来越强大，价格却不断下降

11、的优势无疑成为嵌入式系统方案设计的首选，同时单片机应用领域的扩大也使得更多人加入到基于单片机系统的开发行列中，推动着单片机技术的创新进步。数控机床最早生产于美国，是军备竞赛的产物，为解决航空与航天方面的大型和复杂零件的单件、小批量生产而发展起来的。1952年美国试制了世界上第一台三坐标数控立体铣床，此后数控系统经历了两个阶段和六代产品的发展。这主要是指电子管数控系统、晶体管数控系统、集成电路数控系统、小型计算机数控系统、微处理器数控系统和基于工业PC的通用CNC系统。前三代为第一阶段，数控系统主要是由硬件连接构成，称为硬件数控，后三代称为计算机数控，其主要功能由软件完成，又称为软件数控。我国1

12、958年研制出第一台数控机床，同样经历了留待发展史。近20年来，随着微电子技术及相关技术的发展，特别是微处理器技术的应用，使数控机床的性价比有了极大的提高，实际应用普及率越来越高，使得数控机床已成为现代机械制造技术的基础。战后全球经济发展的历史经验证明，一个国家的实力极其繁荣，主要取决于其制造业所能提供的产品与劳务的竞争力。我国与工业化国家的技术差距主要是制造技术方面的差距3。制造是人类最古老的生产活动之一，18世纪中叶的工业革命促进了现代工业化生产的出现，19世纪电气技术的发展和20世纪内燃机的发明，引发了制造业的革命，流水线生产和泰勒式工作制得到了广泛的应用，二战期间，大批大量的制造技术有

13、了很大的发展。二战后50年来，计算机、微电子、信息和自动化技术有了迅速的发展，并在制造业中得到了愈来愈广泛的应用，先后出现了数控（NC）、计算机数控（CNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、计算机集成制造系统（）等多项先进制造技术与制造模式，制造业正经历着一场新的技术革命。作为机械制造技术中主要发展方向的精密加工技术是集测量学、微电子学、近代光学、控制论信息论等先进技术与机械制造技术相融合的一门交叉学科，是现代许多尖端技术和国防技术赖以存在和发展的基础，代表了一个国家科技发展的水平。因而许多国家竞相发展精密加工及超精密加工技术，可以说，

14、精密机械制造技术的水平在很大程度上将成为衡量一个国家科技水平的标志。现代机械制造技术是一个多技术紧密耦合的技术族，其中数控技术是实现其最终目标的基础，它的发展和运用开创了制造业的新时代，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。目前世界各国都在大力发展数控技术，而且国外的数控加工系统在精度和自动化的程度上都达到了很高的水平【7】。经历了几个五年计划的努力，我国的数控系统已经取得了很大的发展，六五期间的技术引进，七五期间的消化吸收，到八五末，我国已经自行研制开发了适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。但是，由于我国许多因素的影响，我国的数控技术方面整体发展水平还比较低，利用率也不高。经济型数控

15、在我国占有比较重要的地位，并起了很大的作用，它以单板机为数控核心，以步进电机为执行元件，由于其结构简单，价格便宜，只需一万元左右就可以装备一台经济型数控机床，很适合我国中小型企业使用。步进电机今后的发展，依赖于新材料的应用，设计手段以及驱动技术的最佳匹配。首先，精确的分析和设计，模型的建立和完善，是一项重要的基础研究，至今还有许多工作要做，它可以为各类问题的深入分析提供基础，为优化设计指出方向。其次，随着自动控制技术、计算机网络通信技术在众多领域中得以应用，尤其是智能化技术方向的发展将会成为步进电机下一阶段的发展趋势。最后，电力电子技术、微电子技术的发展，高性能永磁材料的应用及优化设计技术对步

16、进电机的发展起到重要作用，同时驱动技术改进的作用也不容忽视，特别是微步驱动技术的应用和成熟，对步进电机的设计和发展产生了很多的影响，也提出了一系列研究的新课题和新方向4。1.3 论文的主要研究内容本论文所选的步进电机是四相步进电机，采用的方法是利用单片机控制步进电机的驱动。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行器件。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。本次毕业设

17、计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机的速度的，并且通过数码管显示其转速的级别。另外通过单片机实现它的正反转，步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。第二章 步进电机的介绍2.1 步进电机的简介步进电机又称脉冲电机或者阶跃电机。它是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数

18、来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机受脉冲信号控制，它的直线位移量或角位移量与电脉冲数成正比，所以电机的线速度也与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低就可以在很大的范围内调节电机的转速，并能快速启动、停止和反转。电机步距脚和转速大小都不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件如温度、气压、冲击和振动等影响。它每转一周都有固定的步数，在不丢失的情况下运行，其步距误差不会长期积累。步进电机有多种不同的结构，主要类型分为反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机。近20多年来，步进电机驱动技术和电机结构都取

19、得了很大的发展，逐渐形成以混合式及反应式为主的产品格局。混合式步进电动机是在同步电动机或者说是在永磁感应式同步电动机的基础上发展起来的，其综合了两类步进电机的特点，因而性能更好1。2.2 步进电机的分类反应式步进电机（ VR ）、永磁式步进电机（ PM ）、混合式步进电机(HB)。图1-1 三种步进电机反应式步进电机一般为三相，转子无绕组，定转子开小齿、步距小， 可实现大转矩输出， 步进角一般为 1.5 度， 但噪声和振动都很大， 在欧美等发达国家 80 年代已经被淘汰6。 永磁式步进电机一般为两相， 转矩和体积较小， 步进角一般为 7.5 度或 15 度；转子的极数=每相定子极数，不开小齿，

20、步距角较大，力矩较大。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。开小齿，混合反应式与永磁式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。它又分为两相和五相： 两相步进角一般为 1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度。 这种步进电机的应用很广泛。 2.3 步进电机的特点来一个脉冲，转一个步距角。控制脉冲频率，可控制电机转速。改变脉冲顺序，改变转动方向。角位移量或线位移量与电脉冲数成正比。步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，因此，当它转动一周后， 没有累计误差，具有良好的跟随性。 由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。 同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环

21、数控系统。 步进电机的动态响应快，易于启停、正反转及变速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。 步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。步进电机的主要缺点是效率较低，并且需要配上适当的驱动电源，还有它自身的噪声和振动较大，带负载惯量的能力不强，此外在应用中，步进电机运转很有可能出现低频振荡，而使用细分驱动技术可以有效克服低频共振的危害2。2.4 步进电机的应用通常选择步进电机我们希望步进电机的输出转矩大、启动频率和运行频率高、步距误差小等

22、等。首先应考虑的是系统的精度和速度的要求，为了提高精度，希望脉冲当量（每输入一个脉冲使被控制对象产生的位移）小。但脉冲当量太小，要求的减速比较大，而最高速度将受到步进电机的最高运行频率限制，故应兼顾精度与速度。经过长期的发展，步进电机的应用已渗透到数字控制的各个领域，尤其在数控机械中广泛应用了其开环控制的特点。近年来，随着微电子技术、大功率电力电子技术及驱动技术的进步，步进电机在办公自动化机器、工业机械和计算机外设等领域作为控制用电机和驱动用电机被广泛使用。2.5 步进电机的工作原理步进电机工作原理大体类似，以四相步进电机28BYJ-48为例具体来说明。实物如图2-1所示。图2-1 电机实物图

23、图2-2 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D，四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2-3所示。 图2-3 步进电机工作时序波形图步

24、进电机28BYJ-48型四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。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）（步距角表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度，该参数反映了步进电机的实际精度）。当通电状态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（A-B-C-D-A。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。），如表2

25、-1所示。表2-1（驱动方式：4-1-2相驱动）导线颜色123456785红+4橙3黄2粉1蓝CCW方向旋转（轴伸端视）双四拍每次对多相同时通电，与单四拍比较起来，每相通电的时间长，消耗的电功率增大，电机所得到的电磁转矩也大。同时，采用多相励磁会产生电磁阻尼，会削弱或消除振荡现象，使得电机不易产生失步。四相八拍与四相四拍相比较，步距脚小了一倍，有利于削弱振荡，提高电机的带负载能力。电动机的转速取决于控制绕组与电源接通或断开的变化频率。控制绕组与电源的接通或断开，通常是由电源逻辑线路来控制的5。28BYJ-48步进电机加驱动才可以运转，驱动信号要为脉冲信号，没有脉冲信号的时候，步进电机静止，如果

26、加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度转动。28BYJ-48的步距角为5.625/64度，如果需要转动一圈，那么需要（360/5.625）*64=4096个脉冲信号。28BYJ-48步进电机还具有瞬时启动和急速停止的优越特性。改变脉冲的顺序，可以方便地改变转动方向。2.6 控制步进电机速度的方法这里介绍三种控制步进电机速度的方法，设计中考虑到编程的难易程度，选择了第二种方法来实现控制步进电机的速度。（1）改变控制方式的变速控制最简单的变速控制可利用改变步进电机的控制方式实现。例如，在三相步进电机中，启动或停止，用三相六拍，大约0.1秒以后，改用三相三拍的分配方式，在快达到终点时，再度采用三相六拍

27、的控制方式，以达到减速的目的。（2）均匀地改变脉冲时间间隔的变速控制步进电机的加速或减速控制，可以均匀地改变脉冲时间间隔来实现。例如，在加速控制中，可以均匀地减小时间间隔；在减速控制中，可以均匀地增加时间间隔。具体地说，就是均匀地减小（或增加）延时程序中的延时时间函数。由此可见，所谓步进电机控制程序，实际上就是按一定时间间隔输入不同的控制字。所以，改变传送控制字的时间间隔（亦即改变延时时间），即可以改变步进电机的控制频率。这种方法的优点是由于延时的长短不受限制，因而使步进电机的工作频率变化范围较宽。（3）定时器的变速控制在单片机控制系统中，也可以使用单片机内部的定时器来提供延时时间。其方法是将

28、定时器初始化后，每隔一定的时间，由定时器向CPU申请一次中断，CPU响应中断后，便可以发出一次控制脉冲。此时，只要均匀地改变定时器时间常数，即可达到均匀加速或减速的目的，这种方法可以提高控制系统的效率。第三章 设计要求及方案选择3.1 设计要求（1）了解项目从构思、设计、制作、系统集成等全过程，掌握分析问题、解决问题的方法和技巧。（2）初步了解步进电机的一些基本原理及控制的方法（3）了解掌握单片机的一些知识及编程部分，掌握STC89C52芯片的性能与应用。（4）画出相关的电路原理图以及PCB图，把硬件部分搭建好。（5）要求完成整体方案电路的软硬件设计。（6）能够熟练使用搜索引擎以及相关书籍获取

29、必要的文献。（7）按相应的键能实现准确控制步进电机的启动/停止/正转/反转/加速/减速。本课题的研究目的之一就是设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高的步进电机控制系统。3.2 方案选择3.2.1 单片机的选择单片机选择的是STC89C52单片机，STC本来就是51系列的单片机，可以代换AT的51。特点是可以选择倍频，提高速度。比如用的10M的晶振可以倍频工作在20M下，下载程序非常的方便，3条串口线就可以让速度非常的快。这些是相对于AT的51来说的。它有内部EEPROM，可以串口下载程序。3.2.2 驱动芯片的选择驱动芯片一开始有考虑使用L298

30、N，芯片ULN2003接5V电压，而L298N可以接至12v，也就是说它有更强的驱动能力。而且L298N有过电流保护功能，当出现电机卡死时，可以保护电路和电机等。相比ULN2003，L298N的功能要强大的多，但是价格也贵得多，在本设计中，ULN2003已经能实现基本功能，考虑到性价比，最后选择了ULN2003来驱动。3.2.3 最终方案从该系统的设计要求可知，该系统的输入量为速度和方向，速度应该有增减变化，通常用加减按钮控制速度，这样只要2根口线，再加上一根方向线和一根启动信号线共需要4根输入线。系统的输出线与步进电机的绕组数有关。这里选择电机28BYJ-48，该电机共有四相绕组，工作电压为

31、+5V，可以和单片机共用一个电源。步进电机的四相绕组用P1口的P1.3到P1.6控制，由于P1口驱动能力不够，因而用一片ULN2003增加驱动能力。用P0口控制第一个数码管用于显示速度等级，用P2口控制第二个数码管用于显示正反转。数码管采用共阳极的。第四章 硬件设计4.1 系统框图整个系统由单片机系统电路、按键电路、状态显示电路、驱动电路和电机等组成。本设计采用单片机STC89C52对四相步进电机进行速度和方向控制，由单片机产生的脉冲信号经过驱动电路功率放大后驱动步进电机的转动。按键有方向按键和速度调节按键，按键按下去以后，信息传到单片机，调用相应的子程序，经过驱动电路作用在电动机上，让电动机

32、停止、启动、正转、反转、加速、减速，数码管会实时显示电动机的工作状态。图4-1 系统框图4.2单片机模块STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，

33、支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选【8】。单片机最小系统或者称为最小应用系统，就是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、复位电路、晶振电路。复位电路：使用了单刀单掷开关，单片机的RST作为复位的接口。复位电路采用手动复位，所谓手动复位，是指通过接通一次单掷开关，使单片机进入复位状态，晶振电路用30PF的电容和一12M晶体振荡器组成，为

34、整个电路提供时钟频率。晶振电路：8051单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部震荡方式和外部中断方式。在引脚XTAL1和XTAL2外部接晶振电路器（简称晶振）或陶瓷晶振器，就构成了内部晶振方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振电路用的电容值一般在5到30pf,晶振频率的典型值为12MHz,采用6MHz的情况也比较多，这里使用12MHz。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实际电路使用较多。图4-2 单片机最小系统单片机的引脚图如下图所示。图4-3 STC89C52引脚图 4.3键盘模块按键部分采用独立式键盘，4个按键分别连接到

35、单片机的12、13、14、15引脚，作为控制信号的输入，控制输入部分设置了换向控制，加速控制和减速控制按钮，分别是K1、K2、S2、S3。通过K1、K2状态变化来实现电机的换向功能。当K1、K2的状态变化时，内部程序调用相应的启动和换向程序，发现系统的电机正在使用启动和正反转控制。K1和K2控制正向和反向转。在实物中常态时K1和K2都打到右边，也就是接到+5V电源端，将K1打到左边，也就是接到地端，此时步进电机不动，按按钮S2才能让步进电机正转，也就是顺时针旋转，每按一次，步进电机加速一次，只能加速五次，按到第六次的时候，电机停止加速，按按钮S3，速度从5开始减速，每按一次，减速一次，一直减到

36、0为止。将K1打到右边，K2打到左边，步进电机也不动，按按钮S3，步进电机反转，也就是逆时针旋转，也是按S2加速，按S3减速，此时与正转时候的情况一样了。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输入电机的脉冲频率，从而控制电机的转速。对于单片机而言，主要的方法有：软件延时和定时器中断，在此电路中电机的转速控制主要是通过延时来实现的，该电路控制电机速度主要是通过S2、S3的断开和闭合，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4-4 键盘模块图4.4 驱动模块驱动模块使用的驱动芯片是ULN2003，ULN2003 是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集

37、成电路。它是由 7 对 NPN 达林顿管组成的，它的高电压输出特性和阴极箝位二极管可以转换感应负载。单个达林顿对的集电极电流是 500mA 。达林顿管并联可以承受更大的电流。此电路主要应用于继电器驱动器，字锤驱动器，灯驱动器，显示驱动器（ LED 气体放电），线路驱动器和逻辑缓冲器。 ULN2003 的每对达林顿管都有一个 2.7k 串联电阻，可以直接和 TTL 或 5V CMOS 装置。主要特点是500mA 额定集电极电流（单个输出）、高电压输出、50V 输入和各逻辑类型兼容和继电器驱动器。通过单片机的P1.3到P1.6输出脉冲到ULN2003的1B到4B口，经信号放大后从1C到4C口分别输

38、出到电机的A、B、C、D相9。图4-5 驱动模块图4.5 显示模块在该步进电机的控制器中，电机可以正反转，可以加速、减速，其中电机转速的等级分为五级，为了方便知道电机的运行状态和电机的转速的等级，这里设计了电机转速和电机的工作状态的显示电路。在显示电路中，主要是利用了单片机的P0口和P2口。采用两个共阳数码管作显示。第一个数码管的a、b、c、d、e、f、g分别接P0.0到P0.6口，用于显示电机的速度情况，设置了五个速度级，数码管显示0、1、2、3、4、5，K1和K2先都是接到电源端的，无论哪一端打到地，数码管都会显示0，按一次按钮S2，数码管显示的数字加1，一直显示到5停止往上加，按按钮S3

39、，它会从5一直往下减，一直减到0停止。第二个数码管的a、b、c、d、e、f、g分别接P2.0到P2.6口，用于显示电机的正转和反转，只显示两个数，“F”和“B”，“F”表示电机正在正转，“B”表示电机正在反转。因为发光二极管导通的方向是一定的（导通电压一般取为1.7V），这八个发光二极管的公共端有两种：可以分别接+5V（即为共阳极数码管）或接地（即为共阴极数码管）；故可分共阳极（公共端接高电平或+5V电压）和共阴极（共低电平或接地）两种数码管。 本设计用的是SM2105，是共阳极数码管，位选为高电平（即1）选中数码管,各段选为低电平（即0接地时）选中各数码段。图4-6 显示模块图 图4-7 数

40、码管引脚图4.6 电源模块电源是系统稳定运行的必要条件，为了提高整个系统的可靠性、稳定性，设计两套相互独立的电源分别供电机驱动和控制测量等电路使用。9V电池经L7805CV稳压块稳压后供电机驱动使用，给整个电路提供5V的稳定电源。X78XX系列是三端正电源稳压电路，它的封装形式是TO-220.它有一系列固定的电压输出，应用非常的广泛。每种类型由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使它基本上不会被损坏。如果能够提供足够的散热片，它们就能够提供大于1.5A的输出电流。虽然是按固定电压值来设计的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得不同的电压和电流。7805是我们最常用到的稳压芯片了，

41、它使用起来非常方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源，它的输入电压恰好为5V，刚好是51系列单片机运行所需的电压，它有很多的系列如KA7805、ADS7805、CW7805等等，性能有微小的差别，用的最多的还是L7805，它的图如下图所示。图4-8 7805引脚图其中1脚接输入电压，2脚接地，3脚就是我们需要的正5V输出电压了。7805的输入电压只要在2V到35V都可以，都能保证输出电压是5V10。4.7 系统总电路图 把各个部分的电路图组合成总电路图，如下图所示。图4-9 总电路图第五章 软件设计5.1 系统开发软件环境本设计的编程环境使用的是Keil uVision4, Keil

42、C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。5.2 系统程序框图系统程序包括电机正转、电

43、机反转、电机加速和电机减速几个部分。主程序中要完成的工作主要有系统状态的显示以及各种开关状态的检测判断等。系统上电后在没有操作的情况下，步进电机不旋转，方向值和速度值都不显示，K1打到接地端时，数码管1显示“0”，数码管2显示“F”，其他按按键的情况就如同显示模块了。主程序流程图如下图所示图5-1 程序流程图5.3 源程序#include unsigned char code F_Rotation4=0x08,0x10,0x20,0x40;/正转表格unsigned char code B_Rotation4=0x40,0x20,0x10,0x08;/反转表格sbit S1=P32;sbit

44、S2=P33;sbit K1=P34;sbit K2=P35;unsigned char speed=0;void Delay(unsigned int i)/延时 while(-i);void main() unsigned char i; while(1) while(K1=0) if(S1=0) Delay(8000);if(S1=0)speed+;if(speed=6)speed=5; if(S2=0) Delay(8000);if(S2=0) if(speed0)speed-;if(speed=0)speed=0; switch(speed) case 0:P1=0xff;P0=0x

45、40;P2=0x8e;break;case 1: for(i=0;i4;i+) /4相 P1=F_Rotationi; /输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(2800); /改变这个参数可以调整电机转速 P2=0x8e; /显示“F” P0=0xf9; /显示“1” break;case 2:for(i=0;i4;i+) /4相 P1=F_Rotationi; /输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(2200); /改变这个参数可以调整电机转速 P2=0x8e; /显示“F” P0=0x24; /显示“2” break;case 3:for(i=0;i4;i+) /4相 P1=F_Rotationi; /输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(1600); /改变这个参数可以调整电机转速 P2=0x8e; /显示“F” P0=0x30; /显示“3” break;case 4:for(i=0;i4;i+) /4相 P1=F_Rotationi; /输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(1000);