基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計-在線瀏覽
2025-08-07 12:42本頁面
【正文】 r driver. System has a good user interface, keyboard input stepper motor running distance。 Display the running distance and the actual running distance, which is more convenient for the operator to use. Key words: SCM stepper LCD keyboard driver目 錄1 前言 1 步進電機的發(fā)展 1 設計要求 12 系統(tǒng)方案分析與選擇論證 1 步進電機的選擇 1 步進電機驅動方案的選擇 2 顯示方案的選擇 3 鍵盤方案的選擇 3 步進電機位置檢測方案的選擇 3 整體方案 43 主要芯片介紹與硬件電路設計 4 單片機最小系統(tǒng)模塊 4 單片機介紹 4 單片機最小系統(tǒng) 5 鍵盤電路設計 6 顯示模塊 7 LCD1602介紹 7 LCD1602電路圖 7 驅動模塊 8 ULN2003A介紹 8 驅動電路圖 9 位置檢測模塊 9 A3144E介紹 9 位置檢測電路圖 114 程序設計 11 主程序 11 數字鍵處理程序 12 功能鍵處理程序 135 結論 14參考文獻 15附錄 16致謝 27華南農業(yè)大學本科生畢業(yè)設計成績評定表I1 前言 步進電機的發(fā)展步進電機最早是在1920年由英國人所開發(fā)。步進電機又稱脈沖電動機，是數字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能是將脈沖電信號變換為相應的角位移或直線位移，且其輸出轉角、轉速與輸入脈沖個數、頻率有著嚴格的同步關系。因而，廣泛地應用在眾多的領域中并得以不斷的發(fā)展。但是，一般數字電路的信號能量遠遠不足以驅動步進電機，必須有一個與之匹配的驅動電路來驅動步進電機。多年來，隨著電力電子技術、自動化控制技術以及計算機網絡通信技術的發(fā)展，步進電機系統(tǒng)尤其是其中的驅動電路部分也不斷地發(fā)展，國內外圍繞步進電機驅動電路做了大量的研究與開發(fā)。主要通過三大塊來設計，包括驅動電路設計，顯示部分，按鍵部分的設計。 1. 按鍵設置步進電機運行距離； 2. 液晶顯示步進電機設置的運行距離和實際運行距離； 3. 啟動時步進電機速度由慢到快，停止時電機速度由快到慢；4. 當實際運行距離與設置的運行距離相等時，精確停止。考慮到此次設計只是簡單地控制步進電機的速度、正反轉、位置定位等，而并沒有涉及使用步進電機拖到負載，因此諸如靜力矩和動力矩、轉子的轉動慣量、力矩負載、慣性負載這些因素就不需要考慮了，所以最終選擇了市場上價格相對較為便宜而又比較常見的28BYJ48型四相五線制步進電機，實物圖如圖1所示。但是由于使用的是四相的步進電機，就需要對四路信號分別進行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當電機的功率較大時運行起來會不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復雜。但是芯片的價格相對較高，本設計只是簡單的對步進電機進行控制。ULN2003A由7組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網絡以及鉗位二極管網絡構成，具有同時驅動7組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。ULN2003A芯片成本比較低，又實現了本次設計的所有要求。 顯示方案的選擇方案一：采用LED數碼管顯示電機的設定距離以及實際運行的距離。采用LED的優(yōu)點是亮度高，醒目，價格便宜，壽命長；缺點是只能顯示0～9的數字和一些簡單的字符，電路復雜，占用資源較多且信息量小?；谏鲜隹紤]，所以本系統(tǒng)選擇方案二。 方案二：采用矩陣式鍵盤，電路連接復雜，但提高了I/O口利用率，軟件編程較復雜， 適用于需使用大量按鍵的場合。 步進電機位置檢測方案的選擇方案一：紅外檢測，傳輸要求比較嚴苛，必須要對準方向，且中間不能有障礙物，限制較多，性能也比較差?；谏鲜隹紤]，所以本系統(tǒng)選擇方案二。結合以上各部分方案的對比，系統(tǒng)的整體方案方框圖如圖2所示。STC89C52使用經典的MCS51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB EEPROM，MAX810復位電路，3個16 位定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構），全雙工串行口（王衛(wèi)星，2009）?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。圖3 STC89C52引腳圖 單片機最小系統(tǒng)單片機控制模塊由STC89C52最小系統(tǒng)組成，包括STC89C52單片機、晶振電路和復位電路。單片機復位端高電平有效。圖4 單片機最小系統(tǒng) 鍵盤電路設計本設計采用了4*4矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，它由行和列組成，在每一個行列的交叉點上設置一個按鍵，這樣一個8位的控制端口（P1口）就可以實現，比獨立式鍵盤節(jié)省了一半端口。圖5 鍵盤電路鍵盤對應的按鍵功能如表2。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。其引腳圖如圖6所示。LCD1602與單片機的接線如圖5所示。其電路圖如圖7所示。一共有5跟線連接，其中紅色的為電源線。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉動。 ULN2003A內部結構及等效電路圖如圖8所示：圖8 ULN2003A內部框圖及等效電路圖 驅動電路圖、IN2，IN3，IN4接口連接，P2口通過軟件實現高低電平的依次轉換，然后再把P2口的電平信號通過ULN2003芯片放大后再把放大后的信號通過OUT1，OUT2，OUT3，OUT4一次接到步進電機的ABCD四相。圖9 驅動電路 位置檢測模塊本設計需要測量步進電機實際運行的距離，采用了A3144E霍爾元件來測量。它是近年來為適應信息采 集的需要而迅速發(fā)展起來的一種新型傳感器，這類傳感器具有工作頻帶寬、響應快、面積小、靈敏度高、便于集成化、多功能等特點，且易于計算機和其他數字儀表接口，因此被廣泛用于自動監(jiān)測、自動報警、自動控制、信息傳遞、生物醫(yī)學等各個領域，此處主要介紹開關型霍爾傳感器。在垂直于霍爾片的感應面方向施加磁 場，產生霍爾電勢Vw，該n信號經差分放大器C放大后送至施密特觸發(fā)器D整形。當施加的磁場到達“釋 放點”時，觸發(fā)器D輸出低電壓，使三極管E截止，輸出端V，輸出高電位，此狀態(tài)稱為“關”。開關型霍爾傳感器功能方框圖及其輸出電壓與外加磁感應強度關系如圖10和11所示。圖12 位置檢測
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