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基于单片机的步进电机控制系统设计
来源：本站整理
作者：网络日 21:24
[导读] 单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，广泛应用于数控机床、机器人，定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。步进电机是数字控制电机，将脉冲信号转换成角位移，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频
&&& 单片机实现的系统具有成本低、使用灵活的特点，广泛应用于数控机床、机器人，定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。步进电机是数字控制电机，将脉冲信号转换成角位移，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，非超载状态下，根据上述线性关系，再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差，因此步进电机适用于单片机控制。步进电机通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。因此，单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。
1 系统设计原理
&&& 步进电机控制系统主要由单片机、键盘LED、驱动／放大和PC上位机等4个模块组成，其中PC机模块是软件控制部分，该控制系统可实现的功能：1)通过键盘启动／暂停步进电机、设置步进电机的转速和改变步进电机的转向；2)通过LED管显示步进的转速和转向等工作状态；3)实现三相或四相步进电机的控制：4)通过PC上位机实现对步进电机的控制(启停、转速和转向等)。为保护单片机控制系统硬件电路，在单片机和步进电机之间增加过流保护电路。图l为步进电机控制系统框图。
2 系统硬件电路设计
2．1 单片机模块
&&& 单片机模块主要由MSP430FG4618单片机及外围滤波、电源管理和晶振等电路组成。MSP430FG4618单片机内部的8 KB RAM和116 KB Flash满足控制系统的存储要求，P1和P2端口在步进电机工作过程中根据按键状态判断是否跳入中断服务程序来改变步进电机的工作状态，USART模块实现单片机和PC上位机之间的通信，实现PC机对步进电机控制。电源管理电路提供稳定的3．3 V和5 V电压，分别给单片机、晶振电路和驱动和功率放大电路供电。32 kHz晶振给单片机、键盘／显示接口器件8279和脉冲分配器PMM8713提供时钟；当采用USART模块时需开启8MHz晶振设置通信模块。图2为单片机模块结构框图。
2．2 键盘／LED模块
&&&为实现人机对话，该系统设计扩展了3x4按钮矩阵键盘和4片8段LED数码管，可手动直接操作该控制系统。系统上电后，通过键盘输入步进电机的启停、步数转速和转向等，由LED管动态显示步进电机的转速和转向。键盘的输入和LED管的输出由8279进行控制，减少单片机工作负担。8279编程工作在键盘扫描输入方式，读入键盘时具有去抖动功能，避免误触发。图3为键盘LED模块设计结构框图。
2．3 驱动／放大模块
&&& 控制系统采用步进电机控制用的脉冲分配器(又称逻辑转换器)PMM8713，该器件是CMOS集成电路，相输出驱动能力(源电流或吸入电源)为20 mA，适用于控制三相或四相步进电机，可选择下列6种激励方式：三相步进电进：1相，2相，1-2相；四相步进电进：1相，2相，1-2相。输入方式可选择单时钟(加方向信号)和双时钟(正转或反转时钟)两种方式，具有正反转控制、初始化复位、原点监视、激励方式监视和输入脉冲监视等功能。器件PMM8713由时钟选通、激励方式控制、激励方式判断和可逆环形计数器等部分构成，所有输入端内都设有施密特电路，可提高抗干扰能力。PMM8713输出需接功率驱动电路，选用功率驱动器PMM2101，最大输出电流为1．4 A，满足驱动步进电机的要求。驱动／放大电路如图4所示。MSP430单片机通过调节PMM8713的端口1～4输入脉冲信号控制步进电机的启停、速度和转向等。
3 系统软件设计
3．1 单片机程序
&&& 利用单片机的定时器TIMER_A(TA)中断产生脉冲信号，通过在响应的中断程序中实现步进电机步数和圈数的准确计数，通过PWM实现转速控制；利用P1．0端口的中断关闭TA中断程序，并推入堆栈，停止电机；P1．1中断则开启TA中断，堆栈推入程序计数器(PC)，开启电机；P3．1端口输出高电平由PMM8713的U／D端口控制电机的转向；P3．0～P3．7端口接8279的8个数据接口，当单片机扫描到矩阵键盘有键按下时，利用P2端口的中断设置TA，控制启停、调速和转向等，同时单片机反馈给8279控制LED管显示转速和转向。其程序流程如图5所示。
3．2 PC上位机模块
&&& PC上位机模块实现PC机对步进电机的控制。利用MSP430单片机的USART模块实现与PC上位机的通信，PC机通过串口向单片机发送控制命令，实现电机控制。单片机所接收到控制命令暂存在RXBUFFER中，然后与存储在片内Flash的中断程序的入口地址相比较，相同就进入中断，实现步进电机的控制。操作该模块时需要开启8 MHz晶振为USART模块设置波特率(设置波特率为9 600)。控制软件由VB6．0编写，利用MSComm控件实现串行通讯功能。其控制软件界面如图6所示。
4 系统检测
&&& 为检验该控制系统的实际工作情况，在给定PMM2101输出工作电流的状态下采用能量转化法测得步进电机输出的最大静转矩。选取输出电流间隔0．2 A，测到步进电机最大静转矩与电流之间关系的静特性曲线，如图7所示，说明该控制系统设计较合理。
&&& 该系统通过MSP430单片机控制步进电机运转情况，可靠性高，在电机运行时能够方便设定步进电机的启／停、转速和方向，提高步进电机的步进精度；能够控制三相或四相步进电机；由PC上位机完全控制步进电机的各种运行方式，使系统能够应用于恶劣环境中，保证人员安全，适用范围较广，且电路简单，成本较低，控制方便，移植性强，实用价值高。
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发表时间: 15:35:28电气工程及其自动化学位论文：基于单片机的步进电机驱动系统设计摘
要随着微电子技术和计算机技术在工业生产等领域中的应用，利用微电子技术和计算机技术控制步进电机，让其可以可以满足工业生产要求已经逐渐成为一项新的技术而越来越成为各个领域研究的焦点。同时，对步进电机的控制要求也相对的越来越高。本设计以STC89C51单片机为核心，利用单片机自身所带的定时中断,I/O输出以及将一些外围器件等结合起来,实现用按键对步进电机的启停调速,实时控制与显示步进电机的工作方式。另外,采用优化合理的步进电机驱动电路,用软件编程等精确控制技术,使系统更加稳定可靠。本设计包括了硬件电路和软件电路的设计。硬件部分主要包括PROTEUS的系统原理图的设计、仿真和PCB电路板的制作。软件设计主要包括C语言在程序设计中的应用,用键盘输入控制步进电机的运转方式以及将运行状态显示于数码管。关键字：步进电机；89C51系列单片机；PROTUES仿真软件；KEIL软件；PCB电路板ABSTRACT
With the application of microelectronics and computer technology in the field of industrial production, microelectronics and computer technology to control stepper motor, so that it could meet the requirements of industrial production has gradually become a new technology has increasingly becomethe focus of research in various fields. At the same time, the stepper motor control requirements are relatively increasingly high.
The design STC89C51 micro-controller as the core, the use of the micro-controller brought timer interrupt, I / O output, and some peripheral devices combine the start and stop with the keys of the stepper motor speed control, real-time control and display stepper motorway of working. In addition, the use of reasonable optimization stepper motor drive circuit, precise control software programming technology to make the system more stable and reliable.
The design includes hardware circuit and software design of the circuit. The hardware section includes the PROTEUS system schematic design, simulation and PCB circuit board production. Software design includes C language program design, control the operation of stepper motor and use the keypad to enter the operating status display on the digital control.Keywords： S 89C51 series micro- PROTUES simulation software, KEIL software, PCB circuit board目
录第一章 绪论 11.1单片机技术的地位与作用 11.2单片机技术的发展趋势 1第二章 步进电机及其介绍 32.1步进电机的定义 32.2步进电机的种类 32.3步进电机的特点 32.4步进电机的原理 42.4.1发热原理 42.4.2工作原理 4第三章 方案设计与论证 63.1控制系统电路设计 63.2 主要元器件介绍 63.3方案论证 9第四章
硬件电路设计 104.1 PROTUES软件介绍 104.1.1概述 104.1.2 功能特点 104.1.3电路仿真 104.2 硬件电路的设计 114.2.1 驱动电路 114.2.2 控制电路 124.2.3 显示电路 134.2.4 最小系统 144.2.5总体电路图 15第五章
系统软件设计 165.1主程序的设计 165.2 定时中断的设计 175.3 外部中断的设计 18第六章 系统仿真 206.1 KEIL软件的介绍 206.2 系统仿真 206.2.1 系统初始状态的显示 206.2.2 系统加速正转的仿真 216.2.3 系统减速反转的仿真 22第七章
实物的制作 247.1 PCB图的绘制 247.2 印刷电路板的制作和实物的焊接 247.3 通电调试 25第八章
结论 268.1 结论 268.2 结束语 26参 考 文 献 27致
谢 28附录1：文献翻译 1附录2：系统源程序 18第一章 绪论1.1单片机技术的地位与作用单片微型计算机（简称单片机），具有集成度高、功能强、可靠性高、系统……（新文秘网省略4077字，正式会员可完整阅读）……　OM 功能9)看门狗10)内部集成MA*810 专用复位电路（外部晶体20M 以下时，可省外部复位电路）11)时钟源：外部高精度晶体/ 时钟，内部R/C 振荡器。用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C 振荡器还是外部晶体/ 时钟。常温下内部R/C 振荡器频率为：5.2MHz ～6.8MHz。精度要求不高时，可选择使用内部时钟，因为有温漂，请选4MHz ～8MHz12)有2个16 位定时器/ 计数器13)外部中断2 路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒14)PWM( 4 路）/PCA（可编程计数器阵列），也可用来再实现4个定时器或4个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可支持)15)具有ADC功能。10 位精度ADC，共8路16)通用异步串行口(UART)17)SPI同步通信口，主模式/从模式。18)工作温度范围：0 -75℃/ -40 -+85℃19)封装：PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20
3.2.2 28BYJ-48型步进电机
图3-2 28BYJ-48步进电机实物图步进电机28BYJ48型四相八拍电机，其实物图如图3-2所示，电压为DC5V―DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信 号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。 四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A…），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC- CD-DA-AB-…），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A…）3.2.3 ULN2003A内部原理图如图3-3所示
图3-3 ULN2003A内部原理图该芯片是由美国Te*as Instruments公司和Sprague公司联合开发的大电流高压达林顿管阵列功率驱动电路内部由电阻网路和二极管元件构建而成,同时有七组晶体管阵列,在实际使用时,可以同时对七组负载电路进行驱动,在行业中被定义为双极性单片高速大功率集成芯片。拥有高电流增益、高工作电压、宽泛的温度范围同时负载带动能力很强等特性。适应于各类要求高速大功率驱动的系统。本设计采用其作为步进电机的驱动控制芯片,以下为该芯片的主要特征:1）电流增益高(大于1000A)2）每一对达林顿管都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的电压下能与TTL和CMOS电路直接相连3）可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器进行处理的数据⒐嗟缌骺纱500mA,并且能在关态时承受50V的电压,输出能在高负载电流并行运行4）采用DIP-16或者SOP-16塑料封装5）带负载能力强(输出电流大于500mA)6）温度范围宽(-40~85°C)7）工作电压高(大于50V)3.3方案论证从该系统的设计要求我们可以知道，该系统的输入量为速度和方向，速度应该有增加和减少的变化，一般情况下可以用加减按钮来控制速度的变化。这样就只需要两根口线了，然后再加上一根启动信号线和一根方向线，则共需要4根输入线，系统的输入线和步进电机的饶组数有关，我们选择的步进电机是28BYJ-48型步进电机，该电机共用四相绕组，工作电压为+5V，因而可以和单片机共用一个电源。步进电机的四相绕组可以用P1口的P1.0~P1.3来控制，但是由于P1口的驱动能力不足，所以可以用一篇ULN2003A增强驱动能力。用P0口来控制第一数码管用来显示正反转，用P2口控制第二个数码管用来显示转速的等级。数码管用共阳的。第四章
硬件电路设计本设计的硬件电路包括驱动电路、控制电路、显示电路、最小系统这四个部分。驱动电路主要是对单片机的输出脉冲进行功率放大，从而可以驱动电机转动。控制电路主要由开关和按键组成，由使用者根据相应的工作要求进行操作。显示电路主要是用来显示步进电机的工作状态和转速。最小系统主要是使单片机可以正常工作。4.1 PROTUES软件介绍4.1.1概述PROTUES软件是英国Labcenter Electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Corte*和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译。4.1.2 功能特点Protues软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真革命性的特点：（1）互动的电路仿真。用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真处理器及其外围电路。可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues建立了完备的电子设计开发环境。4.1.3电路仿真在PROTUES绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HE*，可以在PROTUES的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTUES 是单片机课堂教学的先进助手。PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTUES提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台。随着科技的发展“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTUES也能茯得愈来愈广泛的应用。4.2 硬件电路的设计4.2.1 驱动电路根据前文所述，用ULN2003A功放芯片来作为本系统对步进电机的驱动芯片。如图4-1所示。通过单片机的P1.0~P1.3输出脉冲到ULN2003A的1B~4B端口，经过信号放大后再充1C~4C端口分别输出到电机的A、B、C、D相。体来说,采用ULN2003功放芯片作为本系统的功放电路,是一种用相对便宜的价格构成的性能不错的步进电机驱动电路的方式。
图4-1 驱动电路4.2.2 控制电路根据整个系统的控制要求，在控制输入部门设置了启动控制按钮，转向控制按钮，加速控制按钮，减速控制按钮，它们分别是K1、K2、S2、S3，控制电路图如图4-2所示。通过K1、K2状态的变化可以来实现步进电机启动、停止、转向功能。当K1、K2的状态发生变化时，内部程序检测P1.0以及P1.1的状态来调用相应的启动和转换程序，来实现系统的步进电机的启动和正反转的控制。由步进电机的工作原理我们可以知道，步进电机的转速控制主要是通过控制通入电机的脉冲频率来实现的，对于单片机来说，主要方法有：软件延时与定时中断。在本设计中步进电机的转速控制主要是通过定时器的中断来实现的，该电路控制电机的加速的是通过S2、S3的闭合和断开，从而来控制外部中断。根据按键的次数，改变速度值的储存区中的数据，这样就改变了步进电机的输出脉冲频率，从而改变了电机的转速。图4-2 控制电路4.2.3 显示电路在本次设计中，步进电机可以实现正转、反转、加速、减速、启动、停止的功能。其中，电机的转速等级可分为七级，为了使操作者方便知道电机的转速等级和运行状态，在这里也设计了步进电机转速和工作状态的显示电路。在该显示电路中，主要是运用了单片机的P0和P2口。本设计采用两个共阳的数码管作显示。第一个数码管的a、b、c、d、e、f、g、h分别接到单片机P0.0~P0.7口，用以显示步进电机的正转和反转状态，当电机正转时显示“1”，当电机反转时显示“一”，当电机不转时显示“0”。第二个人数码管的a、b、c、d、e、f、g、h分别接到单片机的P2.0~P2.7口，用来显示步进电机的转速级别，一共有七级，即从1~7转速依次增加，“0”表示停止状态，转速为零。电路图如图4-3所示。图4-3 显示电路4.2.4 最小系统单片机的最小系统又称为最小应用系统，就是用最少的元器件罪臣的单片机可以正常工作的系统。对于51系列的单片机来说，最小系统一般包括：单片机、复位电路、晶振电路。复位电路：使用了独立式键盘，单片机的P1口键盘的接口。该设计要求只需4个键对步进电机的状态进行控制，但考虑到对控制功能的扩展，使用了6路独立式键盘。复位电路采用手动复位的方式，所谓手动复位，是指通过接通一按钮开关，使单片一机进入复位状态。晶振电路用30PF的电容和一个12M的晶振组成为整个电路提供时钟频率。晶振电路：8051系列单片机的时钟信号通常由两种电路形式的电路可以得到，一是内部中断方式，二是外部中断方式。内部晶振方式是在引脚*TAL1和*TAL2外部接上晶振电路器（也简称晶振）或者陶瓷晶振器。由于在单片机的内部有一个高增益的反向放大器，当外接晶振器后，就构成了自激振荡器并且产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路的电容一般在5到30PF，晶振频率一般为12MHz，不过6MHz的情况也比较多。本设计采用12MHz的晶振频率。内部振荡方式所得到的时钟信号比较稳定，在实际电路中的应用较多。复位及时钟振荡电路如图4-4所示。图4-4
复位电路及时钟振荡电路4.2.5总体电路图把硬件电路的各个部分连接起来就形成了本设计的总体电路，电路图如图4-5所示。图4-5
系统总体电路图 第五章
系统软件设计本部分主要介绍步进电机控制系统的软件设计流程，通过分析可以知道，实现该系统的功能有多种方法，因为随时有可能输入加速信号，减速信号和方向信号，因而可以采用中断方式的效率最高，这样的话一共需要完成4个部分的工作才能满足本设计的要求，他们分别是：1.主程序的设计；2.定时中断的程序设计；3.外部中断0的程序设计；4.外部中断1的程序设计。其中主程序的主要功能是系统初始参数设置及启动开关的检测，若启动开关合上则系统开始工作作，反之系统则停止工作；定时器部分控制脉冲频率，决定了步进电机转速的快和慢；两个外部中断程序的要做的工作都是为了完成改变速度这一功能。以下,我们将分节对上述程序模块进行具体介绍。在程序模块的设计中,我们采用程序流程框图的手段对程序编制的思想、流程进行阐述,以求达到完善程序设计的目的。5.1主程序的设计本设计的主程序要完成的工作主要是系统初始值的设置，系统状态的显示和各种开关状态的检测判断等。其中，系统初始状态的设置内容较多，在该系统中，需要初始化外部中断，定时器；对P1口送初值用以决定脉冲分配方式，速度值存储区送初值以决定步进电机的启动速度，对方向值存储区送初值以决定步进电机旋转方向等内容。如果初始化P1=11H，速度和方向的初始值均设置为0，那么步进电机就按照四相单四拍运行，系统在上电后若没有操作的情况下，步进电机就不旋转，方向值显示“0”，速度值也显示“0”，主程序的流程图如图5-1所示。
N图5-1 主程序流程图5.2 定时中断的设计要使步进电机转动，就必须给电机各个绕组按照一定的时间间隔连续不断地按照规律通入电流，时间间隔越短，速度就越快。在本设计中，这个时间间隔是用定时器重复中断一定的次数来产生的，所以说调节时间间隔就是调节定时器的中断次数，所以在定时器中断程序中，要做的主要工作就是判断步进电机的运行方向、发下一个脉冲、保存当前的各种状态。定时中断的程序流程图如图5.2所示。
定时中断程序流程图5.3 外部中断的设计外部中断要完成的工作是根据按键的次数来改变速度值存储区中的数据（这个数据就是定时器的中断次数），这样的话就改变了步进电机的输出脉冲频率，从而也改变了步进电机的转速。速度按钮S2为INT0中断，当值等于7的时候，不改变原来的数值返回，当值小于7时，数据加1后返回。速度减少按钮S3，当原数据不为0时，减1保存数据，原数据为0的时候则保持不变。程序流程图如图5-3所示。图5-3 外部中断的程序流程图第六章 系统仿真在进行硬件电路板的制作之前，要先对设计出来的整个系统进行仿真调试，从而可以避免在硬件电路板做好之后再进行软件调试，省去了不少麻烦。前面介绍的PROTUES仿真软件可以很好的做到这一点。在进行系统仿真之前，需要先将程序输入到单片机里面，这就需要用到KEIL软件。6.1 KEIL软件的介绍美国Keil Software公司开发的Keil C51是MCS-51单片机系统的软件编译开发软件,它是一款能够兼容C语言和汇编语言的开发平台。通俗易学,为我们编写程序提供了良好的便利。Keil C51软件基于Windows平台,提供丰富的编程语言选择和强大的集成开发调试环境。且使用Keil C51进行软件开发时,生成语句快,代码紧凑,简单易懂。在实际中,可方便的应用于大型软件系统的开发中,是电子信息、计算机软件开发人员进行软件开发时很好的工具。6.2 系统仿真当程序通过KEIL C51软件转换为.HE*格式的文件写入单片机之后，就可以开始进行系统仿真了。6.2.1 系统初始状态的显示由前面的分析可以知道，在初始状态下，两个数码管的显示均为“0”，步进电机不转，系统仿真图如图6-1所示。图6-1 系统初始状态的仿真显示由仿真结果可以看出，刚开始接通电源以后，显示器显示为“0”，电机没有转动，说明系统处于初始状态，也就是说，从仿真上来看设计是符合要求的。6.2.2 系统加速正转的仿真
把K1打到下方，K2打到上方表示正转，按下加速按钮S2，可以看到步进电机加速旋转，一直按S2则电机一直加速，当速度显示为“7”时，再按S2电机不再加速。上面的数码管显示“1”表示正转。如图6-2所示。图6-2 系统加速正转的仿真图 由仿真结果可以看出，当按下加速开关S2时，下方的显示器开始加数，电机开始转动，继续按下S2，电机的速度越来越快，下方的显示器也一直加数，当达到顶峰值“7”时，再按下S2，电机不加速，显示器也不加数了。所以说，从仿真上看设计符合要求。6.2.3 系统减速反转的仿真K1、K2都打到下方，则电机实现反转功能，按下减速按钮S3，可以看到电机减速转动，下方的数码管显示的数字依次减小，当数字为“1”时，再按下S3电机不再减速。上面的数码管显示“一”表示反转。如图6-3所示。图6-3 系统反转减速的仿真图由仿真结果可以看出，当K2拨下去时，上方的显示器显示为“一”，电机开始反转，当按下减速按钮S3时，电机速度越来越小，下方数码管的显示也是减数的，，所以说，、从仿真上看设计符合要求。 第七章
实物的制作在仿真完成之后，就可以进行实物制作了。实物的制作主要分三个部分。一是PCB图的绘制，在这里要用到PROTUES软件提供的Ares软件。二是印刷电路板的制作与实物焊接。三是接通电源调试。7.1 PCB图的绘制将已经绘制完成的步进电机控制系统电路图的网络表导进Ares的PCB设计环境中,经过元件布局,板框大小设置,手工步线,等一系列操作后,即完成了PCB图的绘制。如图7-1所示。图7-1 系统的PCB图7.2 印刷电路板的制作和实物的焊接在制作印刷电路板之前，要去打印店用油纸将PCB图打印出来，购买相应的器件然后去实验室进行电路板的制作。印刷电路板的制作主要由以下几个步骤组成。1、打印电路板。将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印效果最好的制作线路板。
2、裁剪覆铜板,用感光板制作电路板全程图解 。覆铜板，也就是两面都覆有铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。
3、预处理覆铜板。用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印电路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮，没有明显污渍。
4、转印电路板。将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。一般来说经过2-3次转印，电路板就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在160-200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全！
5、腐蚀线路板,回流焊机。先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀好了。6、线路板钻孔。线路板上是要插入电子元件的，所以就要对线路板钻孔了。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢，请仔细看操作人员操作。
7、线路板预处理。钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗干净。水干后，用松香水涂在有线路的一面，为加快松香凝固，我们用热风机加热线路板，只需2-3分钟松香就能凝固。8、最后是实物焊接，有过电子工艺的经验可以顺利完成这项工作。7.3 通电调试调试结果与仿真结果相同，本次设计基本完成。第八章
结论8.1 结论本设计通过对步进电机结构、工作原理、查阅了步进电机相关的驱动和控制系统的文献，遵循了经济、实用、可靠、简单的原则。设计了一种精度不高但符合基本要求的系统。对于本次设计，有如下结论：（1）采用单片机作为控制的核心，利用其强大的各项功能，把键盘和显示电路有机的结合在一起，形成了一个操作较为方便，交互性强的控制系统。相关专业知识的运用也有利于实践教学取得最大的效果。（2）系统软件采用了结构化设计，具有易维护性。8.2 结束语本人深知自己单片机和控制方面的专业知识学得不够扎实，而且在设计前期准备工作做得不够多，耽误了许多宝贵的时间。从而导致本设计的应用范围和精度都有一定的不足，本设计讨论的步进电机的各种原理和技术都不够丰富，信息量也不够大。但是可以肯定一点，那就是步进驱动系统会越来越先进，其稳定性和精度也会越来越好，我们要做的就是不断地把新技术应用在实际当中，进一步深化我们的学习，争取有更多的收获。参 考 文 献[1] 黄勤．单片机原理及应用．北京：清华大学出版社，[2] 张毅刚．单片机原理与应用设计．北京：电子工业出版社， [3] 周向红．51单片机课程设计．武汉：华中科技大学出版社，3[4] 周润景．单片机电路设计、分析与制作．北京：机械工业出版社，[5] 王守中．51单片机开发入门与典型实例．北京：人民邮电出版社，2009:：233-239[6] 王庆利．单片机设计案例实 ……（未完，全文共43479字，当前仅显示11451字，请阅读下面提示信息。）
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