步进电机角度控制 1 设计要求分析 1.1 选题原因 步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元 件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领 域。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领 域都有应用。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单 相式步进电机等。b5E2RGbCAP 步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。正是这个特点，两相步进电机 步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。而且步进电机具有瞬间启动和急速停止的 优越特性，改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向等特点，因此，目前打印机， 绘图仪，机器人，等等设都以步进电机为动力核心。p1EanqFDPw 本课程设计正是因为步进电机在现实生活中有如此巨大的作用，因此有必要对它进 行学习控制。步进电机的原理和控制已经有很多人研究过 ,很容易在相关文献中获得其工 作原理，而本次课程设计的目的之一就是要了解步进电机的原理并用单片机进行控制以 便在以后的工作和学习中熟悉和灵活的运用它。DXDiTa9E3d 1.2 设计目的 设计制作和调试一个由 MCS-51 单片机组成步进电机角度系统。通过这个过程学习熟 悉键盘控制和七段数码管的使用，掌握步进电机的角度控制和角度显示方法。RTCrpUDGiT 1.3 设计要求 在设计时，要求我们达到以下要求，实现这些功能： 1．在显示器上显示任意四位十进制数； 2．将 8 个键定义键值为 0～7，按任意键在显示器上显示对应键值； 3．实现： ①定义键盘按键：5 个为数字键 1～5；3 个功能键：设置 SET、清零 CLR、开始 START； ②显示器上位显示次数，后三位显示每次行走的角度； 1 / 23 ③通过键盘的按键，设置步进电机各次的角度值；位设置次数，后三位设置 角度值。 ④按 START 键启动步进电机开始转动，按 SET 键停止；按 CLR 键清零。 1.4 方案选择 本设计要求实现的具体功能包括用按键控制步进电机的转动次数和每次转动的角度，并 用数码显示管显示出来。 本方案采用 8031 单片机作为整机的控制单元，并且运用单片机的定时功能定时，并 利用 P 口产生矩形脉冲来控制步进电机转动，在显示单元用数码管的动态显示来显示次 数和角度，可采用独立式键盘来进行人和系统的交互。5PCzVD7HxA 8155 作用是输出控制换档阀工作信号，该信号在经过输出放大芯片功率放大后可直 接驱动换档执行元件以实现自动换档。在驱动方面可采用 ULN2003 芯片驱动电机。其基 本电路结构如图 1 所示。jLBHrnAILg 4.7KR? 2 P1.0 P1.1 P0.0 P1.2 A B C D P1.3 P0.7 AD0 PB7 ABCDEFG DP 74LS07 AD7 PB0 驱动电路 A’B’C’D’ 4 3 2 1 PC1 MT2 步进电机 P2.6 P2.7 WR RD 8031 IOM Y1 2 4.7K START SET 8 7 CLR 0 PC0 CS W R RD Y2 1 X1 4.7K 8155 PA0 PA1 PA2 PA3 X2 X3 X4 图 1 基本电路框架图 2 / 23 74LS07 2 MCS-51 单片机的硬件介绍 2.1 MCS-51 单片机的结构 MCS-51 单片机的内部结构按功能可划分为 8 个主要组成部分：微处理器CPU）、数 据存储器RAM）、程序存储器ROM/EPROM）、特殊功能寄存器SFR）、并行 I/O 口、串 行通信口、定时器/计数器及中断系统。它们都是通过片内单一总路线连接起来的，其基 本结构仍然是 CPU 加上外围芯片的传统模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能 寄存器 SFR 的集中控制方式。两相步进电机MCS-51 单片机的内部结构框图如图 2 所示。xHAQX74J0X LDAYtRyKfE 振荡器及 定时电路 4K字节 ROM 128字节 RAM 2个16位定时 器/计数器 8051CPU 64K总线扩 展控制 可编程I/O 可编程 串行口 图 2 MCS-51 单片机框图 图中去掉 ROM 部分就成为 8031 的结构图。CPU 的操作需要的定时，这是用一个 晶体振荡器产生稳定的时钟脉冲来控制的。单片机内部已集成了振荡器电路，只需要外 接一个石英晶体和两个频率微调电容就可工作。其频率范围为 1.2～12MHz，电容值在 530PF 之间选择，电容的大小可起频率微调作用。 XTAL1 和 XTAL2 分别为振荡电路的输入和输出 端，时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。 在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上外接定时元件，内部振 荡电路就产生自激振荡。定时元件通常采用石英 晶体和电容组成的并联谐振回路。内部方式时钟电路如图 3 所示。Zzz6ZB2Ltk 图3 内部方式时钟电路 3 / 23 2.2 MCS-51 单片机引脚功能 1．主电源引脚 Vss 和 Vcc ① VSS 接地 ② VSS 正常操作时为+5 伏电源 2. 外接晶振引脚 XTAL1 和 XTAL2 ① XTAL1 内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。两相步进电机当采用外部 振荡器时，此引脚接地。 ② XTAL2 内部振荡电路反相放大器的输出端。是外接晶体的另一端。当采用外部振 荡器时，此引脚接外部振荡源。dvzfvkwMI1 3．控制或与其它电源复用引脚 RST/VPD，ALE/ ① RST/VPD ， 和 /VPP 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平 由低到高跳 变），将使单片机复位；在 VCC 掉电期间，此引脚可接上用电源，由 VPD 向内部提供 用电源，以保持内部 RAM 中的数据。rqyn14ZNXI ② ALE/ 正
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