中国民航大学
电气综合性课程设计报告
项目名称 基于单片机的步进电机分布式控制系统
成员 朱志聪121142440 蒋茅121142412
陈冠良121142403 李想成121142415 专业 电气工程及其自动化
班级 121142D 指导教师 张长勇
1、课设题目：
基于单片机的步进电机分布式控制系统
2、课设目的与要求：
（1）实现步进电机的速度控制和正反转控制。
（2）实现步进电机定位，须包括加速、匀速、减速三个阶段。 （3）计算机通过串口远程控制步进电机并设置定位值
3、课设背景：
步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。
4、课设的目和意义：
步进电动机是用脉冲信号行控制，将转换成相应的角位移 或线步进电动机是用脉冲信号行控制，将转换成相应的角位移 或线的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广频率范围内通过改变脉冲来实现调速，快起停、正反转控制及动等并且用其组成的开环系统既简单廉价又可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置众多领域有着极其广泛的应用。 随着微电子和计算机技术的
发展， 步进动需求量与日俱增随着微电子和计算机技术的发展， 步进动需求量与日俱增研制步进电机驱 动器及其控制系统具有十分重要的意义。
5、课设计划与安排：
本课程设计有五周的时间，我们小组计划安排如下：
第一周：自我学习51单片机，初步掌握51单片机的LED灯、数码管、LCD 屏幕、定时器、按键矩阵、步进电机等模块的控制。 第二周：编写要求（1）对应的程序，下载进行调试。 第三周：编写要求（2）对应的程序，下载进行调试。 第四周：编写要求（3）对应的程序，下载进行调试。
第五周：对程序进行总调试，把所有的程序组合起来，最后实现步进电机的 分布式控制。
6、课设内容：
（一）要求（1）的实现
通过学习51单片机的定时、矩阵按键、步进电机模块，编写相应程序，实现步进电机加速、减速控制，正转、反转控制：
①实验步骤：（程序设计）
#include
sbit KEY_IN_1 = P2^4; sbit KEY_IN_2 = P2^5; sbit KEY_IN_3 = P2^6; sbit KEY_IN_4 = P2^7; sbit KEY_OUT_1 = P2^3; sbit KEY_OUT_2 = P2^2; sbit KEY_OUT_3 = P2^1; sbit KEY_OUT_4 = P2^0;
unsigned char code KeyCodeMap[4][4] = { //矩阵按键编号到标准键盘键码的映射表 { 0x31, 0x32, 0x33, 0x26 }, //数字键1、数字键2、数字键3、向上键 { 0x34, 0x35, 0x36, 0x25 }, //数字键4、数字键5、数字键6、向左键 { 0x37, 0x38, 0x39, 0x28 }, //数字键7、数字键8、数字键9、向下键 { 0x30, 0x1B, 0x0D, 0x27 } //数字键0、ESC键、 回车键、 向右键 };
unsigned char KeySta[4][4] = { //全部矩阵按键的当前状态 {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1} };
signed long beats = 0; //电机转动节拍总数 unsigned int speed = 250; void KeyDriver();
void delay(unsigned int i);
void main() {
EA = 1; //使能总中断
TMOD = 0x01; //设置T0为模式1
TH0 = 0xFC; //为T0赋初值0xFC67，定时1ms TL0 = 0x67;
ET0 = 1; //使能T0中断 TR0 = 1; //启动T0
while (1) {
KeyDriver(); //调用按键驱动函数 } }
/* 步进电机启动函数，angle-需转过的角度 */ void StartMotor(signed long angle) {
//在计算前关闭中断，完成后再打开，以避免中断打断计算过程而造成错误 EA = 0;
beats = (angle * 4076) / 360; //实测为4076拍转动一圈 EA = 1; }
/* 步进电机停止函数 */ void StopMotor() {
EA = 0; beats = 0; EA = 1; }
/* 按键动作函数，根据键码执行相应的操作，keycode-按键键码 */ void KeyAction(unsigned char keycode) {
static bit dirMotor = 0; //电机转动方向
if ((keycode>=0x30) && (keycode<=0x39)) //控制电机转动1-9圈 {
if (dirMotor == 0)
StartMotor(360*(keycode-0x30)); else
StartMotor(-360*(keycode-0x30)); }
else if (keycode == 0x26) //向上键，控制转动方向为正转 {
dirMotor = 0; }
else if (keycode == 0x28) //向下键，控制转动方向为反转 {
dirMotor = 1; }
else if (keycode == 0x25) //向左键，减速 {
speed = speed+50; }
else if (keycode == 0x27) //向右键，加速 {
speed = speed-50; }
else if (keycode == 0x1B) //Esc键，停止转动 {
StopMotor(); } }
/* 按键驱动函数，检测按键动作，调度相应动作函数，需在主循环中调用 */ void KeyDriver() {
unsigned char i, j;
static unsigned char backup[4][4] = { //按键值备份，保存前一次的值 {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1} };
for (i=0; i<4; i++) //循环检测4*4的矩阵按键 {
for (j=0; j<4; j++) {
if (backup[i][j] != KeySta[i][j]) //检测按键动作 {
if (backup[i][j] != 0) //按键按下时执行动作 {
KeyAction(KeyCodeMap[i][j]); //调用按键动作函数 }