基于单片机的步进电机控制系统
设计与实现
摘 要
步进电机是一种纯粹的数字控制电动机，是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机，是现代定位驱动装置的核心，广泛应用在机械、电力、纺织、电子、仪表、印刷以及航空航天、船舶、兵器等国防工业等领域。基于单片机的步进电机控制系统具有稳定度高、成本低、控制方便、应用范围广等特点。
本系统是由STC89C52单片机核心处理模块，遥控器命令输入模块，ULN2003及28BYJ-48步进电机组成的电机模块，12864液晶输出模块共同组成的基于单片机的步进电机控制系统。
本设计以载波为38KHZ的红外遥控器作为用户的控制端，它的功能是把用户的命令转换为红外信号。红外信号由TL1838接收，它可以将光信号转换为电信号，并将其发送给微控制器STC89C52。STC89C52对电信号进行相应处理即可获得用户所发出的指令，并依此来控制28BYJ48型四相八拍电机并以12864液晶作为当前状态的显示器。用户可以对步进电机进行加速、减速、正转、反转的控制。本步进电机控制系统具有精度高、运行稳定、控制方便、维护简单、应用范围广等特点。
关键词：STC89C52 12864液晶 步进电机 红外遥控
Design and Implementation of Stepper Motor
Control System Based on MCU
Abstract
Stepper motor is a kind of pure digital control motor and brushless dc motor controlled by electric pulse signal type. Stepper motor is the core of the modern orientation drive, widely used in machinery, electric power, textile, electronics, instruments, printing and aerospace, ships, weapons, and other areas of the defense industry, etc. The characteristics of the stepping motor control system based on single chip microcomputer include high stability, low cost, convenient control and wide application , etc.
The stepper motor control system consists of core processor using the single chip processor, command input control module using IR remote control , display module using 12864 LCD and 28BYJ48 stepping motor module which using ULN2003 as driver.
The infrared remote control with carrier for 38 KHZ is used as the control end of the user, which can convert the users’ commands into the infrared signal. The TL1838 can receive the infrared signal and convert it into electrical signal, which input to tSTC89C52.The MCU can obtain instructions of users by processing the incoming signal and control stepping motor of the 28BYJ48 type, the current status can be shown by 12864 LCD. Users could control acceleration, deceleration, forward, inversion for the stepping motor. The features of the control system of stepper motor includes high precision, stable running, convenient control and simple maintenance and wide application, etc.
Key word: MCU; 12864 LCD; Stepper Motor; Infrared remote control
目 录
1 引言 ................................................................................................................................ 1 2 总体设计方案 ................................................................................................................ 2 2.1 系统设计原理 .......................................................................................................... 2 2.2 总体设计框图 .......................................................................................................... 2 3系统硬件模块的组成 ..................................................................................................... 3 3.1单片机控制模块 ....................................................................................................... 3
3.1.1 STC89C52主要结构 .................................................................................. 3 3.1.2 STC89C52功能特性描述 .......................................................................... 3 3.1.3 时钟电路 .................................................................................................... 6 3.1.4复位电路 ..................................................................................................... 6 3.2 步进电机模块 .......................................................................................................... 7
3.2.1 步进电机简介 ............................................................................................ 7 3.2.2步进电机的结构 ......................................................................................... 8 3.2.3 28BYJ-48步进电机工作原理 .................................................................... 8 3.3 ULN2003芯片概述与特点 ...................................................................................... 9 3.4 红外线发射接收模块 ............................................................................................ 10
3.4.1 红外线遥控的介绍 .................................................................................. 10 3.4.2红外通信基本原理 ................................................................................... 10 3.4.3 红外遥控发射系统 .................................................................................. 12 3.4.4 红外遥控接收系统 .................................................................................. 12 3.4.5 TL1838与单片机的接口.......................................................................... 14 3.5 12864显示模块 ...................................................................................................... 14
3.5.1 12864液晶的特点 .................................................................................... 14 3.5.2 12864液晶的引脚说明 ............................................................................ 15 3.5.3 12864液晶的读写操作 ............................................................................ 17 3.5.4 12864液晶的控制指令 ............................................................................ 17 3.5.5 12864液晶接口电路 ................................................................................ 20 3.6 蜂鸣器模块 ............................................................................................................ 20
3.6.1 蜂鸣器介绍 .............................................................................................. 20 3.6.2 蜂鸣器的接口电路 .................................................................................. 21
4 软件设计与调试 .......................................................................................................... 22 4.1 主程序流程图 ........................................................................................................ 22
4.2程序设计思路 ......................................................................................................... 23
4.2.1 遥控器的解码 .......................................................................................... 23 4.2.2 步进电机的控制 ...................................................................................... 23 4.2.3 显示屏的控制 .......................................................................................... 24 4.2.4 蜂鸣器的控制 .......................................................................................... 24 4.2.5 模块中的通信 .......................................................................................... 24
5 编程与下载软件 .......................................................................................................... 25 5.1 Keil软件 ................................................................................................................. 25 5.2 STC-ISP下载软件 .................................................................................................. 26 6 硬件电路制作 .............................................................................................................. 27 6.1 原理图的绘制 ........................................................................................................ 27 6.2 电路实现的基本步骤 ............................................................................................ 27 7 结 论 ............................................................................................................................ 30 谢 辞 .............................................................................................................................. 31 参考文献 .......................................................................................................................... 32 附 录 .............................................................................................................................. 33
唐 山 学 院 毕 业 设 计
1 引言
步进电机是一种纯粹的数字控制电动机，又称为阶跃电机或脉冲电机[1]。是一种转动速率与转动步数可以由脉冲数量与频率控制的直流电机，也就是说这是一种转动速度与脉冲频率相一致的同步电机。它是一种将电脉冲能量转换为机械能的机制，这种方式使它转动的每一个角度，每个角度占用的时间都由用户掌控。
随着科学技术的迅猛发展，步进电机的研究也到达了新的水准。定位驱动系统已完全由步进系统所主宰。在过去，人们认为步进系统在很多方面都不及伺服系统，但是由于技术的不断革新，材料的不断升级优化以及计算机技术的不断成熟，使得步进控制系统在技术层面上迎来了崭新的一页。定位驱动系统是处于不断发展状态的，经历了步进系统、直流伺服系统、交流伺服系统等过程的发展与过度，现在又回到了步进控制系统。定位驱动装置之所以再一次回到步进系统，是因为它可以将系统简化，维护非常简单，它所构成的开环控制系统是无需反馈的，同时又能保持非常高的精度。所以现如今的定位驱动装置大多是采用步进系统的，这在将来的几十年都不会改变，这种由脉冲去控制转动方位，脉冲频率决定转动速度的定位方式一定会在很大程度上决定着工业与生活中的定位装置的发展趋势。
步进电机的上述特点使得它广泛应用于冶金、机械、电力、纺织、电子、轻工、重工、电子、医疗、印刷以及航空航天等国防工业等领域。举一个典型的例子，数控机床在机械行业中有着举足轻重的地位，而数控机床的正常运转又是依赖步进电机的，它核心就是步进电机系统。这种无需反馈的开环系统决定了数控机床的工作可靠、性能稳定、维护方便、加工迅捷的特点，也使数控机床成为如今机床发展的主要方向。在其他的许多行业中，步进控制系统也发挥着举足轻重的作用。比如我们在生活中常见的有钟表、广告牌、绘图仪等，在生产中常见的有印刷机器、纺织机、包装机械等。
本设计主要是基于单片机的步进电机控制系统，可以通过遥控器的键盘设置期望的步进电机转动状态，通过红外发射装置及接收装置，使单片机接收到用户需要的控制命令，进行相应的处理，使步进电机改变运动状态并在LCD显示屏显示出来。本设计虽然是理论上的步进系统，并没有广泛应用于工业中的定位装置与生产当中。但是随着步进电机技术的不断革新和电机身上所固有的脉冲与角位移严格成正比的特点，以及红外遥控的准确、迅捷、易于控制的优势，步进电机对步进电机稳定、高效、准确的控制，都决定了基于单片机的红外控制步进电机系统将在生活生产中迎来广阔的市场。为了表现步进电机的在生活生产中的应用广泛性，本设计的一些功能的设定有一定的针对性，可以具体的表现出红外控制的步进系统的优越性能。
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