1、基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真目錄目錄 .1摘要 .2第一章 Proteus繪制仿真原理圖 . .31.1Proteus 簡(jiǎn)介 .31.2Proteus ISIS 簡(jiǎn)介 .3第二章硬件電路設(shè)計(jì) .42.1步進(jìn)電機(jī) .52.1.1步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 .52.1.2步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) .52.2 STC8951 單片機(jī) .62.2.1總述 .62.2.2性能 .62.2.3結(jié)構(gòu)概覽 .72.2.4芯片的引腳排列和說(shuō)明.82.3 ULN2003A 介紹 .102.4復(fù)位電路和時(shí)鐘電路 .112.5整個(gè)電路的原理 .12第三章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) .133.1電路流程圖 .13第四章電路仿真 .134

2、.1Proteus 原理圖繪制過(guò)程 .134.2仿真設(shè)置 .16第五章硬件電路的制作與調(diào)試 .195.1焊接準(zhǔn)備與注意事項(xiàng) .195.2單片機(jī)程序?qū)懭?.205.3硬件安裝 .215.4硬件調(diào)試 .22總結(jié) .23參考文獻(xiàn) .24附錄（程序） .251基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真摘要步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在數(shù)控機(jī)床的制造中，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不需要A/D 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件。本設(shè)計(jì)利用proteus 仿真軟件進(jìn)行電路仿真，系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置四個(gè)按鍵分別控制不進(jìn)電機(jī)的起止、圈數(shù)、方向、不進(jìn)速度，使

3、用1602 液晶顯示以上參數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好， 實(shí)用性強(qiáng)，操作界面友好等優(yōu)點(diǎn)。 本文應(yīng)用單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、字符型 LCD 和鍵盤(pán)陣列，構(gòu)建了集 步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器為一體的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。 二維工作臺(tái)作為被控對(duì)象通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿在X/Y 軸方向聯(lián)動(dòng)。文中討論了一種以最少參數(shù)確定一條圓弧軌跡的插補(bǔ)方法和步進(jìn)電機(jī)變頻調(diào)速的方法。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)采用了軟硬件協(xié)同仿真的方法，可以有效地減少系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的周期和成本。最后給出了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。2基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真第一章 Proteus繪制仿真原理圖1.1 Proteus簡(jiǎn)介Proteu

4、s ISIS 是英國(guó) Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于 Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C 調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和 LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍

5、芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51uVision2 等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。1.2 Proteus ISIS簡(jiǎn)介（1）Proteus ISIS的編輯環(huán)境1）雙擊桌面上的ISIS 6 Professional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開(kāi)始”“程序”“ Proteus6 Professional” “ ISIS 6 Professi

6、onal”，出現(xiàn)如圖1-1所示屏幕，表明進(jìn)入Proteus ISIS集成環(huán)境。圖 1-1 啟動(dòng)時(shí)的屏幕Proteus ISIS 的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Wind 主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇器窗口、圖形編輯窗口。ows 界面，如圖 1-2 所示。包括：3基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真圖 1-2 工作界面（2）Proteus ISIS的特點(diǎn)Proteus 的 ISIS 是一款 Labcenter 出品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC ，并支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專(zhuān)

7、業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。該軟件的特點(diǎn)： 全部滿(mǎn)足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類(lèi)產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS 一 232 動(dòng)態(tài)仿真、 1 C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤(pán)和LCD 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有：68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。 支持大量的存儲(chǔ)器和外圍芯片。總之該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE 分析于一身的仿真軟

8、件，功能極其強(qiáng)大，可仿真 51、AVR 、PIC 。第二章硬件電路設(shè)計(jì)電路總體結(jié)構(gòu)整個(gè)設(shè)計(jì)以STC89C51單片機(jī)為中心，由復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電4基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真機(jī)等組成，硬件模塊如圖2-1 所示；圖 2-1 硬件模塊圖2.1 步進(jìn)電機(jī)2.1.1步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線(xiàn)位移的機(jī)電元件， 它實(shí)際上是一種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)。單相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，用途很廣。使用多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，單路電脈沖信號(hào)可先通過(guò)脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào)，在經(jīng)

9、功率放大后分別送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組。每輸入一個(gè)脈沖到脈沖分配器，電動(dòng)機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（稱(chēng)為步距角） 。正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。2.1.2步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)1. 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5% ，且不累積。2 步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一

10、般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90 度完全正常。3 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。5基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。2.2 STC8951 單片機(jī)2.2.1總述在此嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要用單片機(jī)進(jìn)行控制現(xiàn)場(chǎng)，故采用目前最普遍、較便宜的 ATMEL STC89C51R

11、C單片機(jī)。該系列單片機(jī)是采用高性能的靜態(tài)80C51 設(shè)計(jì)。由先進(jìn)CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash程序存儲(chǔ)器。全部支持12 時(shí)鐘和 6 時(shí)鐘操作。其 8051 的內(nèi)部功能模塊如圖2-2所示。XTAL1振蕩器程序計(jì)數(shù)器程序數(shù)據(jù)定時(shí)器2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器/ 計(jì)數(shù)器XTALPCROMRAMT0 T1RESETVCCEACPUVSSALEACCPSENB寄存器并行中斷PSW串行口特殊功能IO 口系統(tǒng)寄存器.SFRP0 P1 P2 P3串行通信中斷輸入圖 2-28051 的內(nèi)部功能模塊圖STC89C51RC包含 512 字節(jié) RAM、32 條 I/O 口線(xiàn)、 3 個(gè) 16 位定時(shí) / 計(jì)數(shù)器、 8 輸入

12、 4 優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)、 1 個(gè)串行 I/O 口（可用于多機(jī)通信、 I/O 擴(kuò)展或全雙工 UART）以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計(jì)，可提供很寬的操作頻率范圍（頻率可降至0）。可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)由軟件選擇的節(jié)電模式、空閑模式和掉電模式。空閑模式凍結(jié) CPU，但 RAM、定時(shí)器、串口和中斷系統(tǒng)仍然工作。掉電模式保存 RAM的內(nèi)容，但是凍結(jié)振蕩器，導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。由于設(shè)計(jì)是靜態(tài)的，時(shí)鐘可停止而不會(huì)丟失用戶(hù)數(shù)據(jù)。運(yùn)行可從時(shí)鐘停止處恢復(fù)。2.2.2性能6基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真1增強(qiáng)型 6 時(shí)鐘機(jī)器周期， 12 時(shí)鐘機(jī)器周期8051 CPU2工作

13、電壓： 5. 5V -3.4V（ 5V 單片機(jī)）3. 工作頻率范圍： 0 - 40 MHz相當(dāng)于普通 8051 的 0 80MHz實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz4. 用戶(hù)應(yīng)用程序空間 4K5. 片上集成 512 字節(jié) RAM6通用 I/O 口（ 32 個(gè)），復(fù)位后為：Pl/P2/P3是準(zhǔn)雙向口弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O 口） ,P0 口是開(kāi)漏輸出，作為總線(xiàn)擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。7ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP （在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器仿真器 , 可通過(guò)串口（ P3. O/P3.1 ）直接下載用戶(hù)程序， 8K 程序 3 秒即可完成一片8.EEPR

14、OM功能9看門(mén)狗10內(nèi)部集成 MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路（ D版本才有），外部晶體 20M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路11. 共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 位定時(shí)器使用12. 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒13. 遁用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART14. 工作溫度范圍： 0 75 -40 - +8515. 封裝： LQFP-44, PDIP-40 ，PLCC-44, PQFP-442.2.3結(jié)構(gòu)概覽STC89C51RC的結(jié)構(gòu)如下圖 2-3 所示。7基于

15、proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真內(nèi)置系統(tǒng)512 字節(jié) SRAM4K FlashIPAISP 監(jiān)控程序看門(mén)狗四個(gè)并EEPROM8051 CPU行端口P0、 P1、Data FlashP2、P3集成MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路UART （串口）雙數(shù)據(jù)高速3 個(gè)定時(shí)器指針A/D圖 2-3 STC89C51RC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.4芯片的引腳排列和說(shuō)明STC89C51RC共有 40 個(gè)引腳，封裝形式為PDIP40， 它的排列如圖 2-4 所示803180518751 80328051875289C5189C52 圖 2-4 STC89C51RC引腳原理圖8基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

16、與仿真圖 2-5 STC89C51RC實(shí)物圖在 40 個(gè)引腳功能說(shuō)明如表 2-1 所示。表 2-1 STC89C51RC 管腳功能說(shuō)明VCC(40腳)+5V電源輸入VSS(20腳)接地P0口是一個(gè) 8位漏極開(kāi)路雙向 I/O 端口。作I/O 端口使用時(shí)，需加上拉電阻。作為一個(gè)輸出端口，每個(gè)引腳作P0口(39 32腳)為8個(gè)TTL輸入。P0 口也可以配置為復(fù)用地址 / 數(shù)據(jù)總線(xiàn)，訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。P1口是一個(gè) 8位雙向 I/O 端口的內(nèi)部上拉端口，此外，P1.0 和P1.1 可配置為定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入P1口(1 8腳)（ P1.0/T2 ）和定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 2觸發(fā)輸入

17、（ P1.1/T2EX ）P1.0 T2( 外部計(jì)數(shù)投入定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 2), 時(shí)鐘輸出P1.1 T2EX( 定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 2捕捉 / 重載觸發(fā)和方向控制 )P2口是一個(gè) 8位雙向 I/O 端口的內(nèi)部上拉端口P2口(21 28腳)P2口也可以配置為復(fù)用地址總線(xiàn)，訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 , 輸出地址的高 8位P3口是具有雙重功能的 8位接口P3.0 RXD(串行輸入端口 )P3.1 TXD( 串行輸出端口 )P3.2 INT0(外部中斷 0, 低電平有效 )P3口(10 17腳)P3.3 INT1(外部中斷 1, 低電平有效 )P3.4 T0( 定時(shí)器 0外部輸入 )P3.5 T1(

18、 定時(shí)器 1外部輸入 )P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 , 低電平有效 )P3.7 RD( 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 , 低電平有效 )復(fù)位 / 備用電源引線(xiàn)。當(dāng)該端加上超過(guò) 24個(gè)時(shí)鐘的高電平RST(9腳)時(shí)，可使單片機(jī)復(fù)位；若在改引線(xiàn)上接+5V備用電源，則當(dāng) VCC掉電時(shí)，該備用電源可保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息。XTAL1(19腳)外部晶體連線(xiàn)，片外石英晶體連與此二端與片內(nèi)電路構(gòu)XTAL2(18腳)成振蕩器。9基于 proteus 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真EA(31腳)允許訪問(wèn)片外 ROM/編程高電壓引線(xiàn)。當(dāng) EA=1時(shí)，訪問(wèn)片內(nèi)ROM；若 EA=0，訪問(wèn)片外 ROM地址鎖存。當(dāng) P0口

19、工作在第二功能時(shí)，從該口可以送出ALE(30腳)A0A7和傳送 D0D7，利用 ALE可以將 A0 A7鎖存在地址鎖存器。PSEN(29腳 )片外 ROM選通信號(hào)，常用作片外 ROM的讀控制信號(hào)，低電平有效。2.3 ULN2003A 介紹ULN2003高耐壓、大電流達(dá)林頓管IC ULN2003 概述與特點(diǎn)圖 2-5 ULN2003A 實(shí)物圖ULN2003 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下：ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻 , 在 5V 的工作電壓下它能與 TTL 和 CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處

20、理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。ULN2003 采用 DIP 16 或 SOP 16 塑料封裝。圖 2-6方框圖10基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真圖 2-7封裝外形圖ULN2003內(nèi)部還集成了一個(gè)消線(xiàn)圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列 16 腳封裝 ,NPN 晶體管矩陣 , 最大驅(qū)動(dòng)電壓 =50V, 電流 =500mA,輸入電壓 =5V, 適用于 TTL COMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。 ULN 是集成達(dá)林頓管 IC, 內(nèi)部還集成了一個(gè)消線(xiàn)圈反電動(dòng)勢(shì)的二

21、極管, 它的輸出端允許通過(guò)電流為200mA，飽和壓降VCE約 1V 左右，耐壓 BVCEO約為 36V。用戶(hù)輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開(kāi)路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí)，上拉 2K 的電阻較為合適，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。ULN2003是一個(gè)非門(mén)電路，包含7 個(gè)單元，但獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)350mA， 9 腳可以懸空。比如 1 腳輸入， 16 腳輸出，你的負(fù)載接在VCC與 16 腳之間，不用9 腳。uln2003 的作用：ULN2003是大電流驅(qū)動(dòng)陣列, 多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、

22、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。可直接驅(qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。輸入 5VTTL 電平，輸出可達(dá)500mA/50V。ULN2003是高耐壓、 大電流達(dá)林頓陳列, 由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下 : ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K 的基極電阻 , 在 5V 的工作電壓下它能與TTL 和 CMOS電路直接相連 , 可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器。ULN2003 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品, 具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、 帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn), 適應(yīng)于各類(lèi)要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。2.4 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路11基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

23、圖 2-8 復(fù)位電路圖 2-9 時(shí)鐘電路2.5 整個(gè)電路的原理步進(jìn)電機(jī)控制的最大特點(diǎn)是開(kāi)環(huán)控制，不需要反饋信號(hào)。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)量的誤差累積。由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖所示。圖 2-10系統(tǒng)原理圖12基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件部分采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制是通過(guò)定時(shí)器工作在中斷方式實(shí)現(xiàn)的。定時(shí)器定時(shí)中斷產(chǎn)生周期性脈沖序列，不是采用軟件延時(shí)的方式，這樣不占用 CPU的時(shí)間。 CPU在非中斷時(shí)間內(nèi)可以處理其他事件，只有在中斷發(fā)生時(shí)才驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換，采用查表法求出所需的輸出狀態(tài)，并以二進(jìn)制

24、碼的形式依次存入單片機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)器中； 然后按照正向或反向順序依次取出地址的狀態(tài)字，送給 STC12C4052AD，輸出各勵(lì)磁狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的功能。3.1 電路流程圖圖 3-1 電路流程圖第四章 電路仿真4.1 Proteus原理圖繪制過(guò)程1進(jìn)入工作界面，打開(kāi)ProteusISIS編輯環(huán)境，按表 1-1 所列的元件清單添加元件。元件名稱(chēng)所屬類(lèi)所屬子類(lèi)STC89C51Microproccessor ICs8051 FamilyCAPCapacitorsGenericXAP-POLCapacitorsGeneric13基于 proteus 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真CRYSTALMis

25、cellaneous-RESResistorsGenericBUTTONSwitches&RelaysSwitchesMOTOR-STEPPERElectromechanical-ULN2003AAnalog ICsMiscellaneous表 4-12在如圖 4-2 所示的元件庫(kù)中添加表4-1 中的元件。圖 4-2 元件庫(kù)14基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真圖 4-3 添加元件后界面3元件完全添加后，在ProteusISIS的編輯區(qū)域中畫(huà)出如圖4-4 所示的原理圖圖 4-4繪制完成的原理圖15基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真4.2 仿真設(shè)置1、程序的編

26、譯該軟件有自帶編譯器，有ASM的、 PIC 的、 AVR的匯編器等。在 ISIS 添加上編寫(xiě)好的程序，方法如下點(diǎn)擊菜單欄“Source ”，在下拉菜單點(diǎn)擊“Add Remove SourceFiles(添加或刪除源程序 ) ”出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話(huà)框，如圖14 所示。點(diǎn)擊對(duì)話(huà)框的“ NEW”按鈕，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框找到文件設(shè)計(jì)好的“計(jì)數(shù)器.asm”，點(diǎn)擊打開(kāi)圖15；在“ CodeGeneration Tool”的下面找到“ ASEM51”，然后點(diǎn)擊“ OK” 按鈕，設(shè)置完畢我們就可以編譯了。點(diǎn)擊菜單欄的“Source”，在下拉菜單點(diǎn)擊“ Build All”，過(guò)一會(huì)，編譯結(jié)果的對(duì)話(huà)框就會(huì)出現(xiàn)在我們面前，如圖

27、4-5 所示。如果有錯(cuò)誤，對(duì)話(huà)框會(huì)告訴我們是哪一行出現(xiàn)了問(wèn)題，可惜的是，點(diǎn)擊出錯(cuò)的提示，光標(biāo)不能跳到出錯(cuò)地方，但是能告訴出錯(cuò)的行號(hào)。圖 4-5 添加源程序界面16基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真圖 4-6 添加新資源界面圖 4-7 編譯界面2、調(diào)試選中單片機(jī) AT89C51，左鍵點(diǎn)擊 AT89C51，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框里點(diǎn)擊Program File按17基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真鈕（如圖 4-8 ，點(diǎn)擊，找到上一步編譯得到的HEX文件，然后點(diǎn)擊“ OK”按鈕就可以模擬了圖 4-8 程序加載界面點(diǎn)擊第一個(gè)按鈕就可以開(kāi)始模擬仿真。4.2 仿真結(jié)果按“正轉(zhuǎn)”和“反轉(zhuǎn)

28、”按鈕，觀察步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)，如圖所正轉(zhuǎn)18基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真反轉(zhuǎn)圖 4-9仿真結(jié)果第五章硬件電路的制作與調(diào)試5.1 焊接準(zhǔn)備與注意事項(xiàng)清潔：用刀或砂紙打磨被焊點(diǎn)，焊接的時(shí)候使用助焊劑，可以幫助去除氧化層，加速焊錫融化。鍍錫： 給節(jié)點(diǎn)和線(xiàn)頭事先鍍一層錫，容易讓焊錫向著焊點(diǎn)凝聚。焊接：要讓焊點(diǎn)達(dá)到一定的溫度方法是讓電烙鐵接觸被焊點(diǎn)一會(huì)，同時(shí)將焊錫涂抹到焊點(diǎn)，等焊錫與焊點(diǎn)達(dá)到充分的溫度和接觸度的時(shí)候抽離烙鐵。修正：虛焊，要單獨(dú)處理，用電烙鐵沿著焊點(diǎn)上下移動(dòng)幾下，讓焊錫和焊點(diǎn)達(dá)到一定溫度并充分接觸，焊接的不滿(mǎn)意的，焊錫過(guò)多可以將板子倒置用電烙鐵吸走部分后，重新焊接，焊錫過(guò)

29、少直接再涂抹部分焊錫。 整個(gè)過(guò)程一定要保證焊錫和焊點(diǎn)達(dá)到一定的溫度，并充分接觸。（電烙鐵來(lái)回蹭焊點(diǎn)，時(shí)間也不要太長(zhǎng)） ， 這樣可以明顯減少虛焊。如何判斷虛焊： 在同一條銅線(xiàn)上如果引腳之間電阻較大就應(yīng)該存在虛焊。將數(shù)字萬(wàn)用表打到電阻測(cè)量最小檔，這個(gè)檔在測(cè)量的時(shí)候如果出現(xiàn)電阻為零就會(huì)叫，叫的就是質(zhì)量合格的。對(duì)于單獨(dú)的焊點(diǎn)，用萬(wàn)用表的兩針?lè)謩e接觸，焊盤(pán)周?chē)驮Y(jié)引腳如果叫說(shuō)明接通（多試幾下如果從焊盤(pán)盤(pán)個(gè)個(gè)方向都叫基本就拿準(zhǔn)了） ，如果不叫應(yīng)該是虛焊。如何判斷斷路，有的時(shí)候銅線(xiàn)會(huì)斷掉，這是還是用電阻檔，分別放到銅線(xiàn)的兩個(gè)不同引腳上，如果不叫不是節(jié)點(diǎn)虛焊， 就是銅線(xiàn)斷掉。 銅線(xiàn)斷掉的用飛線(xiàn)連一下就可以了

30、。松香和焊錫可不是什么好東西，焊接的時(shí)侯注意通風(fēng)。焊錫膏只有焊接難上錫的鐵件等物品時(shí)才用到，具有腐蝕性，一般只用松香就行了，松香的作用是析出焊錫中的氧19基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真化物，保護(hù)焊錫不被氧化，增加焊錫的流動(dòng)性。清潔的表面會(huì)很好地掛錫，這也就是為什么焊錫膏中除松香等表面活性劑之外，帶有腐蝕性成分的原因，通過(guò)輕微腐蝕，將表面徹底清潔，使焊錫能很好地掛上。松香只是簡(jiǎn)單的表面活性劑， 使焊錫同焊接表面能充分浸潤(rùn)。 所以只使用松香的話(huà)，在焊接之間，可以輕微地用砂紙或直接用烙鐵頭掛擦幾下，然后用松香上錫。烙鐵蘸松香，然后蘸焊錫，然后焊，離開(kāi)后，吹口氣冷卻工件焊點(diǎn)。用手拉一

31、拉工件，檢查是否虛焊。卸掉已焊接的原件： 用電烙鐵加熱焊點(diǎn)至焊錫融化，用鑷子或小鉗子將原件引腳從電路板支開(kāi)。電烙鐵選擇 ：根據(jù)你的焊接量大小和工作性質(zhì)不同選用也不同，一般焊接比較小的焊點(diǎn)選擇內(nèi)熱式電烙鐵，但是目前比較大量的焊接一般采用焊接臺(tái)來(lái)完成，價(jià)格比較貴一般幾百元。如果是個(gè)人使用，有兩種選擇，一種可以選擇內(nèi)熱式35 瓦電烙鐵，一種可以選擇恒溫電烙鐵。烙鐵頭一般是原配的質(zhì)量比較好，厚度較厚，結(jié)合緊密的為好。恒溫式電烙鐵的烙鐵頭一般是表面有合金材料的，質(zhì)量比較好。焊接時(shí)可以先把烙鐵頭挫出光亮的銅預(yù)熱至150-180 度后蘸一下松香焊劑， 然后用焊錫絲鍍錫，鍍上光亮的錫后就可以焊接了，焊接溫度一

32、般220 度左右為好。焊錫絲盡量選用低溫焊錫絲。在焊接時(shí)先在電路板上涂上松香焊劑，然后烙鐵蘸一下松香焊劑，用焊錫絲對(duì)準(zhǔn)焊點(diǎn)，烙鐵輕輕一點(diǎn)，一個(gè)光亮的焊點(diǎn)就完成了。每次使用后用濕潤(rùn)的清潔海綿抹去焊鐵頭上助焊劑，舊錫和氧化物，清潔之后，待焊鐵濕度稍為降低后涂上新錫層，以減低焊鐵頭的氧化機(jī)會(huì)。把焊鐵擺放在焊鐵架上：為免焊鐵受到碰撞而損壞，應(yīng)把焊鐵擺放在合適的焊鐵架上。及時(shí)清理氧化物： 當(dāng)鍍錫層部分含有黑色氧化物或生銹時(shí)，必需及時(shí)清理，以免焊鐵上不了錫而不能進(jìn)行焊接工作。5.2 單片機(jī)程序?qū)懭氤绦驘龑?xiě)：利用了 RF-X1 開(kāi)發(fā)板（圖 1）將編寫(xiě)調(diào)試完成的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。20基于 proteus的步進(jìn)電

33、機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真圖 5-1 RF-X1 開(kāi)發(fā)板燒寫(xiě)步驟如下：1、根據(jù)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)安裝USB芯片 PL2303HX驅(qū)動(dòng)。2、用 USB線(xiàn)把板子與電腦的 USB口連接，并把板子上 USB接口下面的撥碼開(kāi)關(guān)都打到"ON"的那一端，同時(shí)設(shè)置好連接端口（ COM端口）。3、正確放上單片機(jī)STC89C52，芯片缺口朝手桿方向放置。4、在 Windows環(huán)境下打開(kāi) STC單片機(jī)下載軟件 STC-ISP，按照該界面上的步驟進(jìn)行設(shè)置，如圖 2 所示，包括芯片選型（ STC89C52RC），端口選擇（ COM5），然后點(diǎn)擊 OPENFILE 導(dǎo)入光盤(pán)中的實(shí)例程序（ HEX文件）如圖 3 所

34、示，點(diǎn)擊 Downlaod/ 下載。5.3 硬件安裝所需元器件見(jiàn)下表 5-2表 5-2元器件名稱(chēng)型號(hào)規(guī)格數(shù)量單片機(jī)STC89C511步進(jìn)電機(jī)MOTOR-STEPPER1CPYSTAL1電阻100 1K 47K*24電解電容10pF2達(dá)林頓管陣列ULN2003A1電容20pF221基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真按照元件清單取得所有電路中用到的硬件，并將事先寫(xiě)好程序的單片機(jī)AT89C51以及 A/D 轉(zhuǎn)換 ADC0809及其他的一些控制器件進(jìn)行焊接連接！5.4 硬件調(diào)試所有硬件安裝好后我們開(kāi)始運(yùn)行調(diào)試。調(diào)試結(jié)果如圖5-3 所示圖 5-3 硬件電路調(diào)試22基于 proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真總結(jié)在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我學(xué)到很多東西，并且讓我意識(shí)到自己對(duì)單片機(jī)方面的知識(shí)了解的還不夠，對(duì)于書(shū)本上的很多知識(shí)還不能靈活運(yùn)用，尤其是對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)句的理解和運(yùn)用，不能夠充分理解每個(gè)語(yǔ)句的具體含義，導(dǎo)致編程的程序過(guò)于復(fù)雜，使得需要的存儲(chǔ)空間增大。損耗了過(guò)多的內(nèi)存資源通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅將知識(shí)融會(huì)貫通，而且在查找資料的過(guò)程中也了解了許多課外知識(shí)，開(kāi)拓了視野，使自己在專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面和動(dòng)手能力方面有了很大的提高，讓我學(xué)會(huì)了理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化，即如何將自己學(xué)到的運(yùn)用到以后的生活和