《单片机课程设计——步进电机》任务书

单片机系统课程设计

单片机系统

课 程 设 计

成绩评定表

设计课题 ： 步进电机控制系统设计

学院名称 ： 电气工程学院

专业班级 ：

学生姓名 ：

学 号 ：

指导教师 ：

设计地点 ：

设计时间 ：

指导教师意见：

成绩:

签名： 年 月 日

单片机系统课程设计

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单片机系统

课 程 设 计

课程设计名称： 步进电机控制系统设计

专 业 班 级 ：

学 生 姓 名 ：

学 号 ：

指 导 教 师 ：

课程设计地点：

课程设计时间：

单片机系统课程设计

2 单片机系统 课程设计任务书

学生姓名 专业班级 学号

题 目

课题性质 工程设计 课题来源 选题

指导教师

主要内容

（参数） 本设计应用单片机AT89C51和脉冲分配器PMM8713，步进电机驱动器，光电隔离器4N25等，构建了步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。通过AT89C51和脉冲分配器PMM8713完成步进电机的各种运行控制方式，实现步进电机在3相6拍的工作方式下的正反转控制和加减速控制。

单片机课程设计 步进电机

一、课程目标

知识目标：

1. 让学生掌握步进电机的原理、结构及其在单片机控制系统中的应用。

2. 让学生了解步进电机的控制算法，如细分驱动、变速控制等。

3. 使学生能够运用所学知识，设计简单的单片机控制步进电机系统。

技能目标：

1. 培养学生使用编程软件（如Keil、Arduino等）编写单片机程序，实现对步进电机的控制。

2. 培养学生运用电路原理图设计、搭建单片机控制步进电机的硬件系统。

3. 培养学生动手操作、调试单片机控制步进电机系统的能力。

情感态度价值观目标：

1. 激发学生对单片机控制技术及步进电机应用的兴趣，培养其创新意识和探索精神。

2. 培养学生团队协作意识，提高沟通与协作能力。

3. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程素养，使其具备一定的项目实践能力。

课程性质分析：

本课程为单片机课程设计，以实践操作为主，结合理论教学。课程内容具有较强的实践性和应用性，旨在培养学生运用单片机技术解决实际问题的能力。

学生特点分析： 学生已具备一定的单片机基础知识，具有一定的编程和电路设计能力。但大部分学生对步进电机及其控制技术了解较少，需要通过本课程的学习，提高实际应用能力。

教学要求：

1. 结合学生特点，注重理论与实践相结合，强化实践操作环节。

2. 采用项目驱动法，引导学生主动参与课程学习，培养其自主学习能力。

3. 注重课程评价，通过过程性评价和总结性评价相结合，全面评估学生的学习成果。

二、教学内容

1. 步进电机原理与结构

- 介绍步进电机的种类、原理及结构

- 分析步进电机的技术参数，如步距角、静力矩等

2. 步进电机控制技术

- 讲解步进电机的控制方式，如单脉冲控制、细分控制等

- 探讨步进电机的变速控制原理及实现方法

3. 单片机与步进电机接口技术

- 介绍单片机与步进电机接口电路设计

- 分析常用的步进电机驱动芯片及其应用

4. 步进电机控制程序设计

1 第一章 系统分析

概述

步进电机是用电脉冲信号控制，以实现对生产过程或设备的数字控制，它是过程控制中一种十分重要和常用的功率执行器件，它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器或角位移发生器等，近年来由于计算机应用技术的迅速发展，步进电机常常和计算机一起组成高精度的数字控制系统。

由于它是由数字脉冲控制，因此非常适合于用单片机控制，本设计便是在此基础上，以MCS51型单片机为核心，并结合外围电路以步进电机为控制对象的控制系统。

1.1 功能简介

本设计系统有单片机最小系统、8个按键输入控制、四个数码管显示和步进电机驱动电路一共四大部分组成，通过按键输入数值来控制步进电机转速，并且在数码管上显示数值

（1）8个按键包括：数字键1～5；3个功能键：设置SET、清零 CLR、

开始START；

（2） 显示器上第一位显示次数，后三位显示每次行走的角度；

（3） 通过键盘的按键，设置步进电机各次的角度值；第一位设置次数，后三位设置角度值。

（4） 按START键启动步进电机开始转动，按SET键停止；按CLR键清零。

1.2 方案选择

1.2.1 步进电机驱动电路方案

本设计的重点在于对步进电机的控制和驱动，设计中受控电机为四相六线制的步进电机（内阻33欧，步进1.8度，额定电压12V）

方案一：使用多个功率放大器件驱动电机

通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大的要求，放大后能够得到较大的功率，如图1-1，使用三极管组成的步进电机驱动电路。但是由于使用的是四相的步进电机，就需要对四路信号分别进行放大，由于放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制 2 作也比较复杂。注：A、B、C、D分别为步进电机四相输入

图1-1 三极管组成的步进电机驱动电路

洛 阳 理 工 学 院

课 程 设 计 说 明 书

课程名称 单片机原理及接口技术

设计课题 基于单片机操纵步进电机

专 业 自动化

班 级 B120439

姓 名 鹿卫超

2021 年 6 月 21 日

课 程 设 计 划 任 务 书

电气工程与自动化 系 自动化 专业

学生姓名 鹿卫超 班级 B120439 学号 B

课程名称： 单片机原理及接口技术

设计题目： 基于单片机操纵步进电机

课程设计内容与要求：

本课题以单片机为核心，设计并制作出步进电机操纵系统。

设计要求：

（1）通过操纵按键，使步进电机实现顺时针和逆时针旋转。

（2）通过操纵步进电机运转状态能够实现正反转，加速减速。

设计（论文）开始日期2021年 6月10日 指导教师 张娟梅

设计（论文）截止日期2021年 6月21日 指导教师 董红政

2021年6 月 21 日

电气工程与自动化 系 自动化 专业

学生姓名 鹿卫超 班级 B120439 学号 B

课程名称： 单片机原理及接口技术

设计题目： 基于单片机操纵步进电机

课程设计篇幅：

图 纸 14 张

说明书 25 页

指导教师评语：

摘要

步进电机是一种通过电脉冲信号操纵相绕组电流实现定角转动的机电元件。与其他类型电机相较具有易于开环精准操纵、无积存误差等优势，在众多领域中取得了普遍的应用。 本文第一简单的介绍了步进电机的进展概况、特点及工作原理。包括步进电机的操纵方式和驱动方式作了系统说明，给出了系统设计的整体方案和本系统的特点和功能。然后以AT89C52单片机为主操纵器，详细介绍了基于该单片机的步进电机的操纵系统。 在此基础上对外围电路键盘电路、复位电路等各个模块的电路进行详细的设计。接着论述了步进电机软件操纵的开发的流程和程序设计。同时给出了步进电机的正反转、速度操纵的程序清单。本文采纳软硬件结合的方式达到了对步进电机的最正确操纵。