基于电动机的单片机实验和C语言开发

下载后可任意编辑 能力拓展课程设计任务书 学生姓名 杨 柳 专业班级 电信 1005 班 指导老师 刘运苟 工作单位 信息工程学院 题 目 基于电动机的单片机实验和C语言开发 初始条件 （1） 提供实验室机房； （2） 模拟、数字电子技术的基本理论学习。 要求完成的主要任务包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求 （1）设计一种简单的步进电动机MOTOR控制模块； （2）实现按键对步进电机的启动、转动、停止或调速等控制； （3）要求进行电路实验或仿真； （4）并使用C语言进行程序的开发； （5）对结果进行分析； （6）要求阅读相关参考文献不少于5篇； （7）根据课程设计有关法律规范，按时、独立完成课程设计说明书。 时间安排 1 布置课程设计任务,查阅资料,确定方案 四天； 2 进行编程设计 一周； 3 完成课程设计报告书 三天； 指导老师签名 年 月 日 系主任或责任老师签名 年 月 I 下载后可任意编辑 目录 摘要I 1.概论1 1.1 课题的来源1 1.2 课题讨论的意义1 1.3 课题国内讨论现状2 1.4 课题讨论的主要内容2 2.系统设计原理3 2.1 系统原理框图3 2.2 系统工作原理3 2.3 系统流程图4 3.系统组成部分5 3.1 单片机模块5 3.2 步进电机模块5 3.3 驱动的工作原理6 3.4 液晶显示的工作原理7 3.5 键盘检测的工作原理7 4.系统原理图8 4.1 系统原理总图8 4.2 键盘接口电路8 4.3 LCD显示电路9 4.4 步进电机以及驱动电路10 5.系统软件仿真11 5.1 步进电机转速控制仿真11 5.2 步进电机八四拍控制仿真11 5.3 步进电机转动方向仿真12 5.4 步进电机的启动和停止功能13 6.结果分析14 7.心得体会15 参考文献16 附件程序代码17 下载后可任意编辑 摘要 随着微电子和计算机技术的进展，它的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用。 本论文主要介绍了基于单片机的步进电机控制的规则、硬件结构、软件代码的编写及工作原理和液晶模块LCD1602的详细介绍。模拟出单片机系统下的步进电机转速控制，具有任意转速选择、转动时间、正反转、加速和减速设置、系统低功耗、可实现在线调试等特点。本系统是以单片机为其控制核心，以有源晶振构成的电路作为时钟信号，通过键盘输入选择向单片机控制系统发出步进转动控制命令，控制系统接收命令后做出一系列必要的推断后，控制电机的转速、转向等。本设计已通过了实验仿真，运行稳定，达到了基本的设计要求。 控制系统通过单片机控制器、I/O接口、中断、键盘、LCD显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相/八相步进电机的正反转，急停，加速/减速等功能。 关键词单片机；步进电机；LCD 1602；按键控制 I 下载后可任意编辑 1.概论 1.1 课题的来源 步进电机作为执行元件，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中。随着微电子和计算机技术的进展，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。 步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。 随着步进电动机技术的进展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。 步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的进展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。 1.2 课题讨论的意义 对基于单片机控制的步进电机的转速控制进行设计的目的 一方面是对所学知识的综合运用，可以更好地学习单片机的应用技术，巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力，培育针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力，以及通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。 另一方面步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。 1.3 课题国内讨论现状 上个世纪就出现了步进电动机，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和今日的反应式步进电动机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。到了80年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采纳分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。计算机则通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出电动机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必定的趋势，也符合数字化的时代趋势。 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。步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大器使励磁绕组根据顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子步进式的转动，随着脉冲频率的增高，转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关。 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。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。 1.4 课题讨论的主要内容 本文