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基于单片机的步进电机控制设计毕业设计.doc
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基于单片机的步进电机控制设计毕业设计.doc
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摘 要
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、以及液晶模块 12864LCD 的详细介绍以及指令集。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判断后,控电机的转速、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。
本设计要分为两大块:一块为硬件电路组成部分,一块为软件程序设计部分。在
硬件电路里主要包括有源晶振部分、键盘输入控制部分、电机驱动电路及液晶显示部
分等与单片机的接线设计;软件编程方面主要是子程序和主程序的编写,包括:初始
化代码、液晶驱动代码、时间记录代码、表格数据代码等。
关键词:单片机;步进电机;12864LCD;指令集
Abstract
This thesis is mainly introduce the Prepared and working principles about
regulation、structure of hardware、software code of stepping motor control
based on MCU as well as detail information and instruction set on LCD
Module 12864LCD. This thesis also simulates that under the system of
single-chip stepping motor speed control has the disadvantages of changing
speed、time arbitrary、Positive and negative transfer、installation of accelerated
and deceleration、low-power system and online debugging. Single-chip as core
of control and the circuit made up by active crystal as clock signal, the stepper
motor speed control system starts to making a series of necessary judgment
and then control rotate speed and change direction when it receive the
command of stepper transfer control from single-chip control system by
keyboard. As run steady, this project has already passed the simulation and
has achieved the basic purpose.
This project consists of two parties. One is hardware circuit and the other
is software programming. In the part of hardware circuit is include active
crystal、control system of keyboard input 、system of motor drive circuit and
liquid crystal system. In the second part, Design of connection of single-chip、
software prepared is the mainly prepared of Subroutine and Main program
including initialization code 、liquid drive code 、the timing of recording code
form data code[8].
Key words: MCU;stepper motor;12864LCD;Instruction Set.
目 录
摘 要 ........................................................................................................................................................I
Abstract ..................................................................................................................................................II
第 1 章 绪论........................................................................................................................................1
1.1 课题的来源........................................................................................................................1
1.2 课题研究的意义.............................................................................................................1
1.3 课题国内研究现状........................................................................................................1
1.4 课题研究的目的和主要内容 ..................................................................................2
第 2 章 步进电机方案设计与分析........................................................................................3
2.1 方案提出.............................................................................................................................3
2.2 可行性分析........................................................................................................................4
2.3 主要器件选择 ..................................................................................................................4
第 3 章 系统硬件设计 ..................................................................................................................6
3.1 AMPIRE128*64 液晶屏介绍 ......................................................................................6
3.2 HD61202 及其指令集介绍.........................................................................................7
3.3 晶振、复位、驱动电路.............................................................................................9
3.4 液晶显示屏与单片机接口电路...........................................................................11
3.5 控键与单片机接口电路...........................................................................................11
第 4 章 系统软件设计 ................................................................................................................13
4.1 电机流程图......................................................................................................................13
4.2 液晶屏驱动代码设计 ................................................................................................14
4.3 固定字符显示代码......................................................................................................18
4.4 中断子程序......................................................................................................................19
4.5 汉字表 ................................................................................................................................19
4.6 字符表 ................................................................................................................................22
4.7 延时子程序......................................................................................................................22
4.8 主函数程序......................................................................................................................23
第 5 章 系统仿真...........................................................................................................................25
5.1 Keil2 编译环境介绍..................................................................................................25
5.2 Proteus 仿真平台......................................................................................................26
5.3 建立工程项目 ................................................................................................................28
5.4 Proteus 中原理图的绘制及文件的加载.......................................................32
5.5 开机界面显示 ................................................................................................................32
5.6 控制界面显示 ................................................................................................................33
5.7 仿真结果分析及解决方法......................................................................................34
第 6 章 PCB 板设计.....................................................................................................................35
6.1 加载网络表及元件封装 ............................................................................................35
6.2 PCB 板参数设置 ............................................................................................................36
6.3 元件布局及布线设计..................................................................................................38
结束语...................................................................................................................................................40
参考文献..............................................................................................................................................41
致 谢...................................................................................................................................................42
附录Ⅰ 总体电路图......................................................................................................................43
第 1 章 绪论
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发展,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发展,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
的数字化技术的发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 课题研究的意义
对基于单片机控制的步进电机的转速控制进行设计: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,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 课题国内研究现状
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
天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。在
本世纪初,由于资本主义列强争夺殖民地,造船工业发展很快,同时也使得步进电动
机的技术得到了长足的进步。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用分立元
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omyligaga
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