步进电机控制实训报告

2010/2011学年第学期

专用周

课程名称 ：班 级 ： ： ： 教学周数 ：

地 点 ： 指导教师 ：介绍了一种基于AT8952单片机步进电机的设计,系统分为、LCD显示步进电机个模块,对工作原理、硬件电路和软件进行了详细介绍。电子技术单片机软硬件技术

图1 系统框图

微控制模块选择

方案一：采用89S52作为步进电机控制器。经典52单片机具有价格低廉、使用简单等优点。一个微型计算机，其控制模块功能较全。

方案二：采用STM32F103XX作为步进电机控制器。STM32通过寄存器模式，寻址方式灵活，RAM和FLASH容量大，运算速度快、低功耗、低电压等，且通过TIM2的输出比较模式来控制步进电机以连续周期的50%和一个可变频率。DMA控制器可用来改变时钟周期，Systick定时器灵活地产生中断。但这次设计可编程控制器控制电机较简单没必要采用STM32，51就可以。

基于以上分析，选择方案一。

步进电机

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、启停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，即给电机一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。因此，步进电机具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能立即使步进电机启动或反转，而且步进电机的转换精度高，驱动电路简单，非常适合定位控制系统。

步进电机驱动模块的选择

方案一：采用继电器对电动机的开和关进行控制，通过开关的切换对电机的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，实现容易；缺点是继电器的响应速度慢、机械结构易损坏、寿命较短。

方案二： 采用DSP芯片，配以电机控制所需要的外围功能电路，通过数控电压源调节电机运行速度，实现控制物体的运动轨迹。该方案优点是体积小、结构紧凑、使用便捷、可靠性提高。但系统软硬件复杂、成本高。

方案三： 采用专用芯片ULN2003。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。引脚1：CPU脉冲输入端，端口对应一个信号输出端。

引脚2：CPU脉冲输入端。

引脚3：CPU脉冲输入端。

引脚4：CPU脉冲输入端。

引脚5：CPU脉冲输入端。

引脚6：CPU脉冲输入端。

引脚7：CPU脉冲输入端。

引脚8：接地。

引脚9：该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。如果该脚接地,实际上就是达林顿管的集电极对地接通。

引脚10：脉冲信号输出端，对应7脚信号输入端。

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参考电路接法

引脚11：脉冲信号输出端，对应6脚信号输入端。

引脚12：脉冲信号输出端，对应5脚信号输入端。

引脚13：脉冲信号输出端，对应4脚信号输入端。

引脚14：脉冲信号输出端，对应3脚信号输入端。

引脚15：脉冲信号输出端，对应2脚信号输入端。

引脚16：脉冲信号输出端，对应1脚信号输入端。

3.2 LCD1602显示：

在本系统中我们采用1602字符型液晶显示模块来显示步进电机的转速、起停以及正反转等步进电机的状态。字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。分4位和8位数据传输方式。提供内部自动上电复位电路，+5V工作电压。一共有16个引脚，其中一对电源引脚、一对LED背光电源引脚、LCD驱动电压引脚、一个模式选择引脚用p2.2口来控制、一个读写操作引脚用p2.1口控制、一个使能引脚用p2.0口来控制、7个数据引脚用p0口来控制。其中LCD驱动电压V0可通过滑动变阻器进行调节，一般V0为零伏。具体应用电路图如图5所示：

图5 LCD显示模块应用电路

系统软件设计

本系统的软件设计分LCD显示子程序、按键扫描测试、步进电机控制程序和主程序组成。整个系统采用C语言进行编写。

主程序

主程序包括系统的初始化、LCD子程序的调用以及定时器中断函数和步进电机控制函数组成。系统初始化包括对LCD显示模块数据位、命令位，步进电机停止、转速的定义与初始化，LCD显示程序显示静态的“Step Motor”和动态的不同速度水平式步进电机的转速以及正反转的标志，定时器中断函数主要设定定时器中断间隔和步进电机的转速，步进电机控制函数由步进电机索引函数和对索引值的加减函数组成。系统的主程序流程图如图10所示

图10 主函数流程图

LCD子程序

LCD子程序主要实现的功能是显示步进电机的状态。显示动态字符函数是用来显示步进电机的转速计转向状态，例如：第一行显示：Step M