基于单片机的步进电机控制新版系统单片机专业课程设计方案报告.docx
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1、微机原理和接口技术课程设计汇报基于51单片机步进电机控制系统学号 姓名 班级 级电子2班 华侨大学电子工程系摘要步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移实施部件。步进电机能够直接用数字信号驱动,使用很方便。步进电动机角位移量和输入脉冲个数严格成正比,在时间上和输入脉冲同时,所以只要控制输入脉冲数量、频率及电动机绕组通电相序,便可取得所需转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时,在绕组电源激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。所以很适合于单片机控制。它运行速度和步距不受电源电压波动及负载影响, 所以被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。本课程设计以STC89C52单片机作为微
2、控制器,使用混合式步进电机驱动芯片ULNAN进行驱动,实现了对步进电机运行状态简单控制,并将其运行状态用LCD1602液晶显示。此次设计能实现功效有电机运行、停止,设置运行圈数,调整转速,电机正反转,点动等。关键词:STC89C52单片机,28BYJ-48步进电机,ULNAN驱动芯片,LCD1602显示,电机控制,点动第一章 总体设计方案此次课程设计本课程设计以STC89C52单片机作为微控制器,使用混合式步进电机驱动芯片ULNAN进行驱动,实现了对步进电机运行状态简单控制,并将其运行状态用LCD1602液晶显示。此次设计能实现功效有电机运行、停止,设置运行圈数,调整转速,电机正反转,点动等。
3、系统步骤图以下:第二章 硬件原理一、 STC89c52单片机2.1、STC89c52芯片介绍STC89C52是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含8kBytesISP(In-systemprogrammable)可反复擦写1000次Flash只读程序存放器,器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及STC89C52引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存放单元,功效强大微型计算机STC89C52可为很多嵌入式控制应用系统提供高性价比处理方案。STC89C52含有以下特点:40个引脚,8kBytesFlash片内程序存放器,25
4、6bytes随机存取数据存放器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中止优先级2层中止嵌套中止,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。2.2、STC89c52芯片引脚功效说明STC89C52RC引脚图STC89C52RC引脚功效说明VCC(40引脚):电源电压VSS(20引脚):接地P0端口(P0.0P0.7,3932引脚):P0口是一个漏极开路8位双向I/O口。作为输出端口,每个引脚能驱动8个TTL负载,对端口P0写入“1”时,能够作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存放器时,P0口也能够提供低8位地址和8位数据复用总线。此时
5、,P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时,P0端口接收指令字节;而在校验程序时,则输出指令字节。验证时,要求外接上拉电阻。P1端口(P1.0P1.7,18引脚):P1口是一个带内部上拉电阻8位双向I/O口。P1输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方法)4个TTL输入。对端口写入1时,经过内部上拉电阻把端口拉到高电位,这是可用作输入口。P1口作输入口使用时,因为有内部上拉电阻,那些被外部拉低引脚会输出一个电流()。P2端口(P2.0P2.7,2128引脚):P2口是一个带内部上拉电阻8位双向I/O端口。P2输出缓冲器能够驱动(吸收或输出电流方法)4个TTL输入。对端口写入1时,经过内部上
6、拉电阻把端口拉到高电平,这时可用作输入口。P2作为输入口使用时,因为有内部上拉电阻,那些被外部信号拉低引脚会输出一个电流()。在访问外部程序存放器和16位地址外部数据存放器(如实施“MOVX DPTR”指令)时,P2送出高8位地址。在访问8位地址外部数据存放器(如实施“MOVX R1”指令)时,P2口引脚上内容(就是专用寄存器(SFR)区中P2寄存器内容),在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间,P2也接收高位地址和部分控制信号。P3端口(P3.0P3.7,1017引脚):P3是一个带内部上拉电阻8位双向I/O端口。P3输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方法)4个TTL
7、输入。对端口写入1时,经过内部上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。P3做输入口使用时,因为有内部上拉电阻,那些被外部信号拉低引脚会输入一个电流()。在对Flash ROM编程或程序校验时,P3还接收部分控制信号。,以下表所表示:引脚号复用功效P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2(外部中止0)P3.3 (外部中止1)P3.4T0(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)P3.6(外部数据存放器写选通)P3.7(外部数据存放器读选通)RST(9引脚):复位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效,用来完成单片机单片机复位初始化操作。看门狗计时完成
8、后,RST引脚输出96个晶振周期高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上DISRTO位能够使此功效无效。DISRTO默认状态下,复位高电平有效。ALE/(30引脚):地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存放器时,锁存低8位地址输出脉冲。在Flash编程时,此引脚()也用作编程输入脉冲。在通常情况下,ALE以晶振六分之一固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。然而,尤其强调,在每次访问外部数据存放器时,ALE脉冲将会跳过。假如需要,经过将地址位8EHSFR第0位置“1”,ALE操作将无效。这一位置“1”,ALE仅在实施MOVX或MOV指令时有效。不然,ALE将被微弱拉高。这个AL
9、E使能标志位(地址位8EHSFR第0位)设置对微控制器处于外部实施模式下无效。(29引脚):外部程序存放器选通信号()是外部程序存放器选通信号。当AT89C51RC从外部程序存放器实施外部代码时,在每个机器周期被激活两次,而访问外部数据存放器时,将不被激活。/VPP(31引脚):访问外部程序存放器控制信号。为使能从0000H到FFFFH外部程序存放器读取指令,必需接GND。注意加密方法1时,将内部锁定位RESET。为了实施内部程序指令,应该接VCC。在Flash编程期间,也接收12伏VPP电压。XTAL1(19引脚):振荡器反相放大器和内部时钟发生电路输入端。XTAL2(18引脚):振荡器反相
10、放大器输入端。二、 28BYJ-48步进电机2.2.1步进电机工作原理步进电机是一个将电脉冲转化为角位移实施机构。通俗一点讲: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方向转动一个固定角度(及步进角)。能够经过控制脉冲个来控制角位移量,从而达成正确定位目标;同时能够经过控制脉冲频率来控制电机转动速度和加速度,从而达成调速目标。此次设计是采取步进电机28BYJ48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停控制脉冲时,它能够连续不停地转动。每一个脉冲信号对应步进电机某一相或两相绕组通电状态改变一次,也就对应转子转过一定角度(一个步距角)。当通电状态改变完成
11、一个循环时,转子转过一个齿距。四相步进电机能够在不一样通电方法下运行,常见通电方法有单(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。)其相序分配表以下:2.2.2 步进电机24BYJ48相关电气参数1.额定电压:12VDC(另有电压:5V、6V、24V)2.相数:43.减速比:1/64(另有减速比:1/16、1/32)4.步距角:5.625/645.驱动方法:4相8拍6.直流电阻:2007%(25)(按用户要求而定:80、130欧姆)7.空载牵入频率:600Hz8.空载牵出频率:100
12、0Hz9.牵入转矩:34.3mN.m(120Hz)10.自定位转矩:34.3mN.m11.绝缘电阻:10M(500V)12.绝缘介电强度:600VAC/1mA/1S13.绝缘等级:A14.温升:50K(120Hz)15.噪音:40dB(120Hz)16.重量:大约40g17.未注公差按:GB1804-m18.转向:CCW2.2.3 步进电机基础术语2.2.3.1 相数产生不一样对极N、S磁场激磁线圈对数,常见m表示。2.2.3.2 拍数完成一个磁场周期性改变所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,比如说此次设计中使用24BYJ48有单(单相绕组通电)四拍(A-B-C-D
13、-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。)2.2.3.3 步距角对应一个脉冲信号,电机转子转过角位移用表示。=360度(转子齿数J*运行拍数),以常规二相,转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为=360度/(50*4)=1.8度(俗称整步),八拍运行时步距角为=360度/(50*8)=0.9度(俗称半步)。2.2.3.4 信号分配四相步进电机根据其通电方法不一样,能够分为单四拍,双四拍和双八拍三种工作方法。单四拍和双四拍步距角相等,均为11.25度,而八拍步距角则是单四拍和双四拍二分之一,5.625度。单(单相
14、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。)。这里选择是双相八拍工作方法。三、 ULN达林顿陈列芯片步进电机驱动采取ULN芯片。ULN 是高耐压、大电流达林顿陈列, 由七个硅 NPN 达林顿管组成。 ULN 每一对达林顿全部串联一个 2.7K 基极电阻 , 在 5V 工作电压下它能和 TTL 和 CMOS 电路直接相连, 能够直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理数据。 ULN 工作电压高, 工作电流大, 灌电流可达 500mA , 而且能够在关态时承受 50V 电压, 输出还能够在高负
15、载电流并行运行。 其引脚及内部原理图以下:本设计中试验1、2、3、4脚做输入端,16、15、14、13做相对应输出端,起到放大作用,以驱动电机。四、 LCD1602液晶1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一个专门用来显示字母、数字、符号等点阵型液晶模块 它有若干个5X7或5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位全部能够显示一个字符。现在市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片,控制原理是完全相同,所以基于HD44780写控制程序能够很方便地应用于市面上大部分字符型液晶。其各引脚功效见下图:其经典接口电路以下图:其基础操作时序为:读状态 输入:RS=L,RW=H,E=H 输出:DB
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