微机原理与接口技术课程设计说明书.docx
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微机原理与接口技术课程设计说明书
微机原理与接口技术
课程设计说明书
课题:
小型两相步进电机的驱动
学校:
武汉纺织大学
院系:
机械工程与自动化学院
班级:
机设082
姓名:
陈诚
学号:
0802721059
时间:
2011年12月22日
目录
第一章设计任务
1.1设计背景┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3
1.2设计要求┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄3
第二章步进电机的工作原理
2.1两相步进电机结构┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4
2.2两相步进电机的原理┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5
2.3两相步进电机的供电方式┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄5
第三章硬件电路设计
3.1最小系统图┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄6
3.2驱动方案的选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8
第四章软件系统设计
4.1系统程序┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄8
第5章设计收获
5.1心得体会┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄10
5.2成品展示┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11
参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄12
第一章设计任务
1.1设计背景
近年来随着科技的飞速发展,单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。
本次课程设计是用单片机来控制步进电机的定位和正反旋转。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
整个系统有AT89S52单片机控制系统,ULN2003驱动电路。
用AT89S52单片机控制两相六线步进电机,在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时通过控制脉冲的相序来改变步进电机的转动方向,从而达到的控制正反转的目的。
本系统采用单片机AT89S52为中心器件来控制步进电机,系统实用性强。
1.2设计要求
使大家对上学期学习的微机原理与接口技术进一步的掌握和巩固,掌握电路板的焊接技术,会利用软件实现简单的程序设计和调试。
要求:
1.每6人一个小组,每小组要完成一个小项目的制作,每组由学习委员负责指定小组长。
2.利用最小系统的接口,完成扩展训练,扩展项目如下,可自行选择,但每个班级的项目不能重复,由学习委员负责把关。
3.最小系统的原理图及PCB已经画出,大家照着上面的元件位置及连线,完成实验开发板的焊接,并为下一步的扩展留下接口;
4.购置元件器
a)USBISP下载线1根(记得向卖家要驱动)
b)实验板
c)AT89S521片U1
d)DIP40底座1个U1
e)1N40071个D1
f)30pF直插电容2个C1,C2
g)25V10uF电容1个C3
h)5.1K9脚排阻1个R3
i)12MHz晶振,直插1个X1
j)10K电阻2个R1,R2
k)1K电阻1个R4
l)LED(绿)1个LED
m)SIP2电源接口1个PW
n)IDC10接口1个PD1
o)40脚排针1条P0-P3
p)两脚按键1个S1
q)USB延长线1根用于提供板上的5V电源
r)杜邦排线20芯用于最小系统与扩展板连接
第二章步进电机的工作原理
2.1两相步进电机结构
图2.1两相步进电机结构图
电动机轴向结构如图2.1所示。
转子被分为完全对称的两段,一段转子的磁力线沿转子表面呈放射形进入定子铁心,称为N极转子;另一段转子的磁力线经过定子铁心沿定子表面穿过气隙回归到转子中去,称为S极转子。
图中虚线闭和回路为磁力线的行走路线。
相应地定子也被分为两段,其上装有A、B两相对称绕组.同时,沿转子轴在两段转子中间安装一块永磁铁,形成转子的N、S极性。
从轴向看过去,两段转子齿中心线彼此错开半个转子齿距。
2.2两相步进电机的原理
图2.2两相步进电机
如图2.2所示两相步进电机实物图。
通常电机的转子为永磁体,当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场。
该磁场会带动转子旋转一角度,使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。
每输入一个电脉冲,电动机转动一个角度前进一步。
它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。
改变绕组通电的顺序,电机就会反转。
所以可用控制脉冲数量、电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
2.3两相步进电机的供电方式
两相四线的步进电机,有两个绕组:
A,B。
在半步供电方式时,电机的通电方式采用顺序八拍一个循环给两相绕组供电为:
八拍,半步:
(+A)(+B)--(+B)--(-A)(+B)--(-A)--(-A)(-B)--(-B)--(+A)(-B)--(+A)-。
两相混合式步进电动机还有一种供电方式为双4拍整步方式,即采用通电次序两相,四拍:
(+A)(+B)--(-A)(+B)--(-A)(-B)--(+A)(-B)—。
第三章硬件电路设计
3.1最小系统图
选择该系统图的原因:
(1)集成度高。
AT89S52为40脚封装,内部有4K字节的ROM,128字节的RAM,四个8位并行口,一个全双工的串行口,二个16位定时器计数器,一个功能很强的中央处理器以及内部晶体振荡电路。
(2)系统结构简单。
一片AT89S52即可构成一个小型的控制系统。
该芯片扩充能力强,具有对64K外部程序存储器和64K外部数据存储器的寻址能力。
两个单片机间还可进行通讯,可以构成双CPU系统。
可靠性高。
AT89S52能在常温下工作,大部分总线在芯片内部不易受干扰,系统简单,体积小,容易采取屏蔽措施,因此有较高的可靠性。
(3)处理功能强,速度快。
AT89S52具有丰富的指令系统,除加减指令外,还有字节的乘除运算指令,具有对128个控制位的位操作指令,因此特别适用于控制要求。
CPU时钟高达12MHz,机器周期只有1微秒,多数指令为一个机器周期或两个机器周期,所以运算速度快,可使系统有较强的功能和较高的响应。
最小系统PCB
3.2驱动方案的选择
步进电机的驱动信号必须为脉冲信号,转动的速度和脉冲的频率成正比。
第四章软件系统设计
4.1系统程序
程序如下:
;本步进电机步进角为7.5度.一圈360度,需要48个脉冲完成!
!
!
;---------------------------------------------------------------------------------
;A组线圈对应P2.4
;B组线圈对应P2.5
;C组线圈对应P2.6
;D组线圈对应P2.7
;正转次序:
AB组--BC组--CD组--DA组(即一个脉冲,正转7.5度)
;----------------------------正转--------------------------
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0100H
MAIN:
MOVR3,#144正转3圈共144脉冲
START:
MOVR0,#00H
START1:
MOVP2,#00H
MOVA,R0
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
JZSTART对A的判断,当A=0时则转到START
MOVP2,A
LCALLDELAY
INCR0
DJNZR3,START1
MOVP2,#00H
LCALLDELAY1
;-----------------------------反转------------------------
MOVR3,#144反转一圈共144个脉冲
START2:
MOVP2,#00H
MOVR0,#05字串8
START3:
MOVA,R0
MOVDPTR,#TABLE
MOVCA,@A+DPTR
JZSTART2
MOVP2,A
CALLDELAY
INCR0
DJNZR3,START3
MOVP2,#00H
LCALLDELAY1
LJMPMAIN
DELAY:
MOVR7,#40步进电机的转速
M3:
MOVR6,#248
DJNZR6,$
DJNZR7,M3
RET
DELAY1:
MOVR4,#202S延时子程序
DEL2:
MOVR3,#200
DEL3:
MOVR2,#250
DJNZR2,$
DJNZR3,DEL3
DJNZR4,DEL2
RET
TABLE:
DB30H,60H,0C0H,90H正转表
DB00正转结束
DB30H,90H,0C0H,60H反转表
DB00反转结束
END
第6章设计收获
5.1心得体会
经过这次小型两相步进电机的驱动设计,使我对微机原理与接口技术这门课程有了更深一步的认识和了解,同时对一些基本的电子元器件也有所熟悉。
从最开始去广埠屯购买材料到最后设计的成功完成,其中经历了很多波折,从开始的兴奋与好奇到过程中的手足无措,再到最后的豁然开朗,我们小组都一起携手走过。
正因如此,也让我们收获很多。
我们学会了从各个方面去搜索各种资料,锻炼焊接技术,培养了克服困难的耐心和能力,懂得了分工与合作的重要性,将所学的理论知识应用于实践中。
5.2成品展示
参考文献:
[1]单片微型计算机原理及接口技术华中科技大学出版社胡乾斌、李光斌等编著
[2]51单片机应用从零开始清华大学社杨欣王玉凤刘湘黔编著
[3]51系列单片机应用软件编程技术北京航空航天大学出版社李强编著
[4]51单片机编程基础与开发实例详解人民邮电出版社唐杰赵饰等编著
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- 关 键 词:
- 微机 原理 接口 技术 课程设计 说明书