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1、大連民族學院2009級自動化專業(yè)單片機系統(tǒng)課程設計報告機電信息工程學院單片機系統(tǒng)課程設計報告系：自動化系專業(yè)：自動化班級：093班設計題目：步進電機控制及轉速顯示學生姓名：白音杭蓋、尚國偉指導教師：孫進生、王娟完成日期：2011年10月16日18大連民族學院2009級自動化專業(yè)單片機系統(tǒng)課程設計報告目錄一、設計任務21.任務分析2二、設計方案2三、系統(tǒng)硬件設計33.1中央處理模塊單片機芯片33.2顯示模塊設計43.3鍵盤模塊53.5步進電機模塊53.6ISP下載線模塊6四、系統(tǒng)軟件設計74.1主程序設計74.3顯示及
2、輸入程序設計8五、心得體會8參考文獻9附錄1系統(tǒng)電路原理圖9附錄2程序清單918大連民族學院2009級自動化專業(yè)單片機系統(tǒng)課程設計報告一、設計任務設計一個具有正轉、反轉、調速及制動的異步電機控制系統(tǒng)，具有啟動鍵、方向控制鍵及提示燈、加速鍵、減速鍵及停止鍵，并顯示轉速。1.任務分析步進電動機是一種用電脈沖信號進行控制,并將電脈沖信號轉換成相應的角位移的執(zhí)行器，每一個脈沖信號可使步進電機旋轉一個固定的角度,這個角度稱為步距角。由于受脈沖的控制,其轉子的角位移量和速度嚴格地與輸入脈沖的數量和脈沖頻率成正比。三相反應式步進電
3、動機結構如圖8.1所示。電機定子有六個磁極，相對的磁極為同一繞組勵磁，整個電機有三個繞組，按Y形接法接線。轉自為軟磁材料，無繞組。若繞組通電順序為Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-…，則電動機逆時針轉動；若繞組通電順序為Ⅰ-Ⅲ-Ⅱ-Ⅰ-Ⅲ-Ⅱ-…，則電動機順時針轉動。此種控制方式稱為三相單三拍方式。若通電順序為Ⅰ-ⅠⅡ-Ⅱ-ⅡⅢ-Ⅲ-ⅢⅠ-…（逆時針），稱為三相六拍方式。步進電機控制裝置發(fā)出運行方式、旋轉方向和旋轉角度（步數），前兩項一般由電平表示，后一項用脈沖個數表示。脈沖分配器根據步進電機控制裝置發(fā)來的命令（電平信號和脈沖
4、）使步進電機按照要求的工作方式、旋轉方向及步數旋轉。步進電機磁極的旋轉有速率限制，如果過快，電動機會出現失步現象（轉自跟不上磁極的旋轉），特別是在電動機的起停階段，要求有脈沖速率限制措施。圖8.1三相反應式步進電動機結構18大連民族學院2009級自動化專業(yè)單片機系統(tǒng)課程設計報告二、設計方案1、方案選擇1.1硬件方案系統(tǒng)可分為命令接受，控制輸出和功率放大三個部分。命令接受部分接收上位機或控制裝置的輸出脈沖、運行方式及方向控制信號，脈沖輸出部分形成分配脈沖，之后，通過功率放大裝置將脈沖送給步進電動機，形成旋轉磁場。圖8.
5、2硬件原理框圖由于本系統(tǒng)由單片機構成，所以，脈沖接受部分和脈沖分配部分直接由單片機完成，功率放大可由三極管或光電耦合器完成。為能夠是三個輸出端同時動作，脈沖分配輸出應考慮同步問題。同步方法可用軟件實施同步，也可用硬件控制實施同步?？紤]到步進電機的失步問題，單片機在接收到脈沖后在系統(tǒng)內進行緩存后，通過速率限制程序進行脈沖分配。所以，脈沖的緩存可由計數器完成或者通過外部中斷對脈沖個數進行計數，之后進行分配。這里需要注意一個問題，步進電機驅動電壓等級可能較高，應根據電動機說明配以合適電壓供電。另外，電動機功率較大，布線時應
6、將電機布線和單片機布線分開布置。為了使電機驅動電流不干擾單片機電路，最好兩套電路實施電隔離，最方便的辦法是使用光電耦合器進行隔離。1.2軟件方案18大連民族學院2009級自動化專業(yè)單片機系統(tǒng)課程設計報告為防止輸入脈沖頻率過快導致電動機失步，可將輸入脈沖在單片機緩存，之后在進行脈沖分配，分配時注意脈沖速率。脈沖輸入模塊在每個輸入脈沖到來時，將緩存單元進行加1計數；脈沖分配模塊時刻掃描緩存單元，當緩存單元不為零時，使步進電機旋轉一步，之后緩存單元減1，減到0時停止分配脈沖。為使三相電平同時變化，程序中應予以考慮。非同步分
7、配脈沖可能導致電機錯轉。為使電動機以最快速度運行，脈沖分配速率應按照梯形曲線分配，如圖8.3所示。圖示的含義是：開始時（零轉速）脈沖分配要慢，當電動機旋轉起來后，脈沖速率逐漸加快，并達到最高速率；當要停止時，也不可馬上停止，必須先降低脈沖速率，最后降到零，電動機停轉。圖8.3脈沖速率分配18大連民族學院2009級自動化專業(yè)單片機系統(tǒng)課程設計報告三、系統(tǒng)硬件設計3.1中央處理模塊單片機芯片通過比較，選用了AT89C52單片機來作為本系統(tǒng)的核心，圖二所示的是中央處理模塊的電路部分，即單片機的電路連接。圖二、中央處理模塊3
8、.2顯示模塊設計本設計采用的是LCD1602作為顯示部分，如圖三所示。圖三、顯示模塊電路18大連民族學院2009級自動化專業(yè)單片機系統(tǒng)課程設計報告2.3鍵盤模塊設計四、鍵盤模塊電路鍵盤模塊共有5個按鍵，開始鍵、反轉、正轉、加速及減速鍵。分別對應接到8255PB口的0、1、2、3和PA口的2、3引腳上。3.48355IO口擴展電路18大連民族學院
