三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　題 目: 三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　設(shè)計三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)具有如下

2、功能：用K0-K2做為通電方式選擇鍵，K0為三相單三拍，K1為三相雙三拍，K2為三相六拍；K3為啟動/停止控制、K4方向控制、K5加速、K6減速；用4位LED顯示工作步數(shù)。用3個發(fā)光二極管顯示狀態(tài)：正轉(zhuǎn)時黃燈亮，反轉(zhuǎn)時綠燈亮，不轉(zhuǎn)時紅燈亮。</p><p>　　要求完成的主要任務(wù): </p><p>　　硬件設(shè)計：系統(tǒng)原理圖</p><p>　　軟件設(shè)計：系統(tǒng)總體流

3、程圖、步進(jìn)電機(jī)單三拍，雙三拍，三相六拍各模塊流程圖、顯示模塊流程圖等</p><p>　　編寫程序：能夠完成上述任務(wù)并用仿真軟件演示</p><p>　　完成符合要求的設(shè)計說明書</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　2015年4月28日~2015年5月29日</p><

4、p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1概述6</b></p><p><b>　　2設(shè)計思路7</b></p><p>　　2.1步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動7</p><p>　　2.2 LED顯示步數(shù)7</p><p>　　2.

5、3按鍵狀態(tài)的讀取7</p><p>　　2.4 控制系統(tǒng)的整體框圖8</p><p>　　3系統(tǒng)的硬件設(shè)計9</p><p>　　3.1 總體的硬件設(shè)計9</p><p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)控制電路10</p><p>　　3.3八段數(shù)碼管顯示電路11</p><p>　　3.4啟/

6、?？刂?、正/反轉(zhuǎn)控制、工作模式控制電路11</p><p>　　3.5發(fā)光二極管顯示電路13</p><p>　　4系統(tǒng)的軟件設(shè)計14</p><p>　　4.1系統(tǒng)總體流程圖14</p><p>　　4.2三相步進(jìn)電機(jī)模塊流程圖16</p><p>　　4.3顯示模塊流程圖16</p>&l

7、t;p><b>　　5系統(tǒng)仿真18</b></p><p><b>　　6小結(jié)與體會20</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　附錄22</b></p><p>　　三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計&

8、lt;/p><p><b>　　1概述</b></p><p>　　本次計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計的題目是：三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計。本次課程設(shè)計使用89C51單片機(jī)作為主控芯片，利用ULN2003A集成電路作為三相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路，采用單極性驅(qū)動方式，使三相步進(jìn)電機(jī)能在（1）三相單三拍，（2）三相雙三拍，（3）三相六拍三種工作方式下正常工作；能實(shí)現(xiàn)的功能有:啟動/停止控

9、制、方向控制；快速控制、慢速控制；用4位LED數(shù)碼管顯示工作步數(shù)。用3個發(fā)光二極管顯示狀態(tài)：正轉(zhuǎn)時黃燈亮，反轉(zhuǎn)時綠燈亮，不轉(zhuǎn)時紅燈亮。本次課程設(shè)計采用89C51單片機(jī)作為主控芯片，程序采用C語言來編寫，驅(qū)動電路采用ULN2003A集成電路，顯示器采用7SEG-MPX4-CA,即四位共陽二極管顯示器，P0接段碼，P2的4 位IO口接位選碼。用三個發(fā)光二極管顯示電路的轉(zhuǎn)動狀況，黃燈指示正轉(zhuǎn)，綠燈指示反轉(zhuǎn)，紅燈指示不轉(zhuǎn)。采用Proteus軟件

10、進(jìn)行仿真。在Keil uVsuon4編程環(huán)境下編程和編譯生成HEX文件，導(dǎo)入到89C51單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對各個模塊的控制，實(shí)現(xiàn)我們所需要的功能。</p><p>　　本次設(shè)計的方案電路結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)計思路很清晰清晰，用 Proteus軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)仿真，結(jié)果比較直觀。在這次課程設(shè)計學(xué)習(xí)中我學(xué)到了很多知識，知道了三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成以及怎樣用89C51單片機(jī)去控制它，這對我在課堂所學(xué)的計算機(jī)控制技術(shù)知識是個鞏固和

11、加強(qiáng)，讓我把課堂所學(xué)的理論知識真實(shí)的用到實(shí)踐中，親自動手，增強(qiáng)了我的動手設(shè)計能力，對自己將來的學(xué)習(xí)和工作發(fā)展起到了很好的作用。</p><p><b>　　2設(shè)計思路</b></p><p>　　2.1步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動</p><p>　　若使用功率三極管等電子器件搭建成功率驅(qū)動電路來驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是使用電子器件聯(lián)接，電路比較簡單，但容易受

12、干擾，信號不夠穩(wěn)定，缺點(diǎn)是器件較大而不便電路的集成，使用時很不方便，聯(lián)接時容易出錯誤。</p><p>　　而相對于使用專門的電機(jī)驅(qū)動芯片ULN2003A來驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是便于電路的集成，且驅(qū)動電路簡單，驅(qū)動信號很穩(wěn)定，不易受外界環(huán)境的干擾。因而設(shè)計的三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)性能更好。</p><p>　　故選擇使用ULN2003A電機(jī)驅(qū)動芯片來作為驅(qū)動。</p><p

13、>　　2.2 LED顯示步數(shù)</p><p>　　把所需要顯示的數(shù)據(jù)通過專用的七段顯示譯碼器的轉(zhuǎn)換輸出給LED顯示屏。優(yōu)點(diǎn)是輸出比較簡單，可以簡化程序，但增加了芯片的費(fèi)用，電路也比較復(fù)雜?？梢酝ㄟ^軟件把所要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為七段顯示的數(shù)據(jù)，直接通過單片機(jī)接口連接7SEG-MPX4-CA四位共陽二極管顯示器來顯示，盡管軟件編寫的負(fù)擔(dān)，但大大簡化了電路。故使用軟件編寫來輸出顯示信號。</p><p

14、>　　2.3按鍵狀態(tài)的讀取</p><p>　　按鍵的讀取有中斷與查詢兩種方式。這里選擇直接把開關(guān)分別接在單片機(jī)的接口上，通過查詢端口信號來動作。使程序得到簡化，可讀性加強(qiáng)。</p><p>　　2.4 控制系統(tǒng)的整體框圖</p><p>　　圖2-1為系統(tǒng)總體設(shè)計整體框圖，由單片機(jī)89C51、ULN2003A驅(qū)動芯片、三相步進(jìn)電機(jī)、7段LED數(shù)碼管、7個按鍵

15、開關(guān)、3個led等一些電路模塊組成。</p><p>　　圖2-1 控制系統(tǒng)總框圖</p><p><b>　　3系統(tǒng)的硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 總體的硬件設(shè)計</p><p>　　設(shè)計一個單片機(jī)三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)要求系統(tǒng)具有如下功能：</p><p>　　用K0-K2做為通

16、電方式選擇鍵，K0為單三拍，K1為雙三拍，K2為三相六拍；</p><p>　　K3、K4分別為啟動和方向控制；</p><p>　　K5、K6分別為加速和減速控制；</p><p>　　正轉(zhuǎn)時黃色指示燈亮，反轉(zhuǎn)時綠色指示燈亮，不轉(zhuǎn)時紅色指示燈亮；</p><p>　　用4位LED顯示工作步數(shù)。</p><p>　　根

17、據(jù)設(shè)計要求用PROTEUS所做的系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)原理圖</p><p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)控制電路</p><p>　　將89C51的P1.0-P1.3作為步進(jìn)電機(jī)的輸出控制口。通過芯片ULN2003A的功率放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。電路圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 步進(jìn)電機(jī)控制電路

18、圖</p><p>　　3.3八段數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　由89C51的P0口取出顯示碼，從89C51的P2.0-P2.3輸出位選碼，設(shè)計中我們主要用到4位顯示步數(shù)即可。電路圖圖如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 八段數(shù)碼管顯示電路圖</p><p>　　3.4啟/?？刂?、正/反轉(zhuǎn)控制、工作模式控制電路</p&g

19、t;<p>　　（1）K0-K2為工作模式控制開關(guān)，KO接電時，為步進(jìn)電機(jī)單三拍工作模式；K1接電時，為步進(jìn)電機(jī)雙三拍工作模式；K2接電時，步進(jìn)電機(jī)工作模式為三相六拍。</p><p>　?。?）K3為啟動/停止控制開關(guān)，控制整個系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。</p><p>　?。?）K4為正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)控制開關(guān)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。</p><p>　?。?）K5

20、為加速控制、K6為減速控制。</p><p>　　電路圖如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 按鍵控制電路圖</p><p>　　3.5發(fā)光二極管顯示電路</p><p>　　用3個不同顏色的發(fā)光二極管來作為指示燈顯示，將P1.7接黃燈，P1.6接綠燈，P3.3接紅燈，正轉(zhuǎn)時黃色指示燈亮，反轉(zhuǎn)時綠色指示燈亮，不轉(zhuǎn)時紅色指示燈亮。&l

21、t;/p><p>　　電路圖如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 發(fā)光二極管顯示電路圖</p><p><b>　　4系統(tǒng)的軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1系統(tǒng)總體流程圖</p><p>　　首先以查詢的方式，從P3口讀出開關(guān)狀態(tài)，判斷是否啟動，沒啟動紅燈亮同時黃綠燈滅，重新確認(rèn)

22、啟動。啟動后再次讀取P3口數(shù)據(jù)，依次判斷工作方式，并將對應(yīng)的用來存儲步進(jìn)電機(jī)工作方式字的數(shù)組首地址值給q。再判斷速度方式，通過對P3.5、P3.6的詢問，確定是加速還是減速。由P3.4口的雙向開關(guān)來控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，如果是正轉(zhuǎn)則黃燈亮綠燈滅，反轉(zhuǎn)則綠燈亮黃燈滅。在電機(jī)每走一步后，步數(shù)記數(shù)加1，然后通過LED顯示把工作步數(shù)顯示出來。再從P3口把狀態(tài)信息讀出來，與之前的P3口的狀態(tài)信息進(jìn)行比較。如果狀態(tài)信息沒有改變，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。如果狀

23、態(tài)信息改變了，就需要重新返回程序的開端，對電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，讓電機(jī)重新以新的狀態(tài)運(yùn)行。由此，開關(guān)的狀態(tài)在電機(jī)每走一步都會查詢一遍，做到實(shí)時地反映。</p><p>　　系統(tǒng)總體流程圖如圖4-1所示：</p><p>　　4.2三相步進(jìn)電機(jī)模塊流程圖</p><p>　　對于步進(jìn)電機(jī)模塊的程序設(shè)計采用循環(huán)程序設(shè)計方法。先把正反轉(zhuǎn)向的控制模型存放在內(nèi)存單元中，然后

24、再逐一從單元中取出控制模塊并輸出。首先啟動，選擇步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)，輸入步數(shù)，然后讀入正反轉(zhuǎn)的控制模型驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。</p><p>　　三相步進(jìn)電機(jī)的流程圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 步進(jìn)電機(jī)模塊流程圖</p><p>　　4.3顯示模塊流程圖</p><p>　　顯示模塊是用4位八段數(shù)碼管來顯示工作步數(shù)。先將顯示碼存入

25、數(shù)組中，指向最左邊一位，然后取出要顯示的數(shù)據(jù)，指向換碼表首地址，取出顯示碼，從P0口輸出顯示碼，P2口輸入位選碼，顯示出4位工作步數(shù)，最后修改數(shù)組地址，求下一位位選碼繼續(xù)顯示。</p><p><b>　　如圖4-3所示:</b></p><p>　　圖4-3 顯示模塊流程圖</p><p><b>　　5系統(tǒng)仿真</b>

26、</p><p>　　圖5-1為步進(jìn)電機(jī)工作在三相單三拍，此時K0,K3接高電平，K1,K2接低電平啟動；圖5-2為步進(jìn)電機(jī)工作在三相雙三拍，此時K1,K3接高電平,K0,K2接低電平；圖5-3為步進(jìn)電機(jī)工作在三相六拍，此時K0,K1接低電平,K2,K3接高電平；若K4接高電平則反轉(zhuǎn)，低電平則正轉(zhuǎn)；若K5接高電平K6接低電平速度快，K5接低電平K6接高電平速度慢。這三種工作方式工作不同，三相單三拍時，通電順序?yàn)锳

27、-B-C-A;三相雙三拍時，通電順序?yàn)锳B-BC-CA-AB;三相六拍時，通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A;以上通電方式是三種工作方式正轉(zhuǎn)的情況，若要反轉(zhuǎn)，則通電方式K4反過來即可。</p><p>　　圖5-1 步進(jìn)電機(jī)工作在三相單三拍</p><p>　　圖5-2 步進(jìn)電機(jī)工作在三相雙三拍</p><p>　　圖5-3 步進(jìn)電機(jī)工作在三相六拍</

28、p><p><b>　　6小結(jié)與體會</b></p><p>　　經(jīng)過這個學(xué)期對《計算機(jī)控制技術(shù)》這門課的學(xué)習(xí)，使我很大程度上對單片機(jī)的應(yīng)用，對各種設(shè)備的控制，有了很多切身的感悟和掌握。在一個星期的努力下，完成了本次課程設(shè)計的設(shè)計、仿真和撰寫，不僅提高了我的動手實(shí)踐能力、動腦思考的訓(xùn)練，還使我更靈活的學(xué)會使用Proteus這個仿真軟件；同時在完成課程設(shè)計中更加熟練地掌握了

29、三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，及其工作原理，以及電路所用到一些芯片的工作狀況，如89C51單片機(jī)芯片和ULN2003A驅(qū)動芯片以及7SEG-MPX4-CA四位共陽二極管顯示器，熟悉了它們各自的特點(diǎn)和用途。</p><p>　　本次課程設(shè)計涉及到了計算機(jī)技術(shù)，自動控制技術(shù)，微機(jī)技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)等眾多知識。需要我們把各個學(xué)科之間的知識融合起來，形成一個整體。這是我明白的學(xué)科的聯(lián)系和知識的整體性。這不僅提升了我的專業(yè)思

30、維，更讓我享受了一番知識的旅行。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 于海生編著.《計算機(jī)控制技術(shù)》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005</p><p>　　[2] 譚浩強(qiáng)編著.《C程序設(shè)計》（第三版）.北京：清華大學(xué)出版社.2008</p><p>　　[3] 彭虎、周佩琳編著.《微機(jī)

31、原理與接口技術(shù)》. 北京：電子工業(yè)出版社.2007.</p><p>　　[4] 劉教瑜、曾勇編著.《單片機(jī)原理與應(yīng)用》.武漢：武漢理工大學(xué)出版社.2008</p><p>　　[5] 頂明亮、唐前輝編著.《51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計與仿真：基于keil與proteus》.</p><p>　　北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2009</p><p>

32、　　[6] 徐安編著.《微型計算機(jī)控制技術(shù)》. 北京:科學(xué)出版社. 2005.</p><p>　　[7] 楊立編著.《計算機(jī)控制與仿真技術(shù)》.北京:中國水利水電出版社. 2006</p><p>　　[8] 彭旭昀編著.《機(jī)電控制系統(tǒng)原理及工程應(yīng)用》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2006</p><p>　　[9] 楊益強(qiáng)、李長虹編著.《控制器件》.北京：中國水利水電

33、出版社》.2005</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　#include<reg51.h> </p><p>　　void delay(void); </p><p>　　void display(int); </p><p>　　sbit P1_0=P

34、1^0;</p><p>　　sbit P1_1=P1^1;</p><p>　　sbit P1_2=P1^2;</p><p>　　sbit P1_6=P1^6;</p><p>　　sbit P1_7=P1^7;</p><p>　　int bushu=0; </p><p>　　int

35、cishu=5; </p><p><b>　　main() </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　char a,b,c,d,j,*q, </p><p>　　done1[8]={0x01,0x02,0x04,0x00,0x

36、01,0x04,0x02,0x00}, </p><p>　　done2[8]={0x03,0x06,0x05,0x00,0x03,0x05,0x06,0x00}, </p><p>　　done3[14]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05,0x00,0x01,0x05,0x04,0x06,0x02,0x03,0x00};

37、 </p><p><b>　　L: </b></p><p>　　a=P3; </p><p>　　while(!(a&0x08)) //判斷是否啟動，若沒啟動則重新啟動 </p><p><b>　　{ </b></p><p>

38、　　P1_6=0; //紅燈亮，黃綠燈滅</p><p>　　P1_7=0; </p><p>　　a=P3; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　a=P3; //判斷工作模式 </p><p&g

39、t;　　if(a&0x01) q=done1; //方式1模型 </p><p>　　if(a&0x02) q=done2; //方式2模型 </p><p>　　if(a&0x04) q=done3; //方式3模型 </p><p>　　if(a&0x20) cishu=5; //控

40、制脈沖次數(shù)，即速度</p><p>　　if(a&0x40) cishu=50;</p><p>　　if(a&0x10) //判斷電機(jī)是否要正轉(zhuǎn) </p><p>　　{ P1_6=1; //P3.4口為1，電機(jī)正轉(zhuǎn)，綠燈亮 </p><p><b>　　P1_

41、7=0;</b></p><p>　　b=0; } </p><p>　　else </p><p>　　{ P1_7=1; //P3.4口為0，電機(jī)反轉(zhuǎn)，黃燈亮 </p><p><b>　　P1_6=0;</b></p><p>

42、　　if(a&0x04)b=7; </p><p>　　else b=4; } </p><p><b>　　d=b; </b></p><p>　　while(1) </p><p>　　{ c=*(q+b); </p><

43、;p>　　if(c==0)b=d; //判斷電機(jī)步數(shù)是否走完步數(shù)走完，電機(jī)重新再走 </p><p>　　else </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P1_0=c&0x01;</p><p>　　P1_1=c&0x02;</p>

44、<p>　　P1_2=c&0x04; //從P1輸出電機(jī)控制信號 </p><p>　　b++; </p><p>　　bushu++; //總步數(shù)加1 </p><p>　　display(bushu); //顯示步數(shù) </p><p&g

45、t;<b>　　j=a; </b></p><p>　　a=P3; </p><p>　　if(a!=j) //判斷P3口狀態(tài)信號是否改變 </p><p>　　{ if(!(a&0x08))bushu=0; //若為停止信號，總步數(shù)清零，跳出循環(huán) </p>

46、<p>　　if(!(a&0x10)); //若為方向信號，跳出循環(huán)</p><p>　　goto L; } //狀態(tài)信號改變，返回到開始，重新對電機(jī)控制 </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p

47、><b>　　} </b></p><p>　　void display(int n) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char tab[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x67}; </

48、p><p>　　unsigned char i,k,t,num[4]; </p><p>　　num[0]=n%10; //將總步數(shù)的各位分別存在num數(shù)組中 </p><p>　　num[1]=(n/10)%10; </p><p>　　num[2]=(n/100)%10; </p&

49、gt;<p>　　num[3]=(n/1000)%10; </p><p>　　for(t=0;t<cishu;t++) //掃描快慢指定次數(shù)次 </p><p>　　{ k=0x08; //位選碼指向最左一位,第四位 </p><p>　　for(i=0;i<

50、;4;i++) </p><p>　　{ P2=k; //從P2口輸入位選碼 </p><p>　　P0=~(tab[num[i]]); //取出顯示碼，并從P0口輸出顯示碼 </p><p>　　k=k>>1; //求下一個位選碼 </p>

51、;<p>　　delay(); </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void delay() </p><p

52、><b>　　{ </b></p><p>　　int i,j; </p><p>　　for(i=0;i<20;i++) </p><p>　　for(j=0;j<30;j++); </p><p><b>　　} </b></p>