基于Proteus的步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)仿真解讀

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 TOC o 1-5 h z 目錄 1摘要 2 HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 第一章 Proteus 繪制仿真原理圖 . 3 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document Proteus 簡(jiǎn)介 3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document Proteus ISIS 簡(jiǎn)介 3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第二章 硬件電路設(shè)計(jì) 4 HYPERLINK l bookm

2、ark10 o Current Document 步進(jìn)電機(jī) 5步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 5步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document STC8951 單片機(jī) 6總述 6性能 6結(jié)構(gòu)概覽 7芯片的引腳排列和說明 8 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.3 ULN2003A 介紹 10 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路 11整個(gè)電路的原理 12第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 HYPERLINK l bookmark18 o Curre

3、nt Document 電路流程圖 13 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第四章 電路仿真 13 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document Proteus 原理圖繪制過程 13 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 仿真設(shè)置 16 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第五章 硬件電路的制作與調(diào)試 19 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 焊接準(zhǔn)備與注意事項(xiàng) 19

4、 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 單片機(jī)程序?qū)懭?20 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 硬件安裝 21 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 硬件調(diào)試 22 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 總結(jié) 23 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 參考文獻(xiàn) 24附錄（程序） 25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)

5、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 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

6、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?；?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Proteus 簡(jiǎn)介Proteus ISIS 是英國 Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于 Window操s 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、RS

7、232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和 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。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 C51u Vision2等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之， 該軟件是一款

8、集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。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“開始”“程序”“ Proteus 6 Professional ” “ ISIS 6 Professional ”，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、基于 proteus 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位

9、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：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)，元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。該軟件的特點(diǎn)：全部滿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、鍵盤和 LCD 系統(tǒng)仿真的功能；

10、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?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和 SPICE 分析于一身的仿真軟 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)基于 proteus 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真電路總體結(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 機(jī)等組成，硬件模塊如圖 2-1 所示；圖 2-1 硬件

11、模塊圖步進(jìn)電機(jī)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)可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào)，在 經(jīng)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)過一定的角度（稱為步距角） 。 正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過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，

12、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。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)；一般來 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。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

13、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法啟動(dòng) ,并伴有嘯叫聲。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單C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。VSSVCCP0 P1 P2 P3 串行通信 中斷輸

14、入圖 2-2 8051 的內(nèi)部功能模塊圖STC89C51RC包含 512字節(jié) RAM、 32條 I/O 口線、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、8輸入 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?？臻e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)丟失用戶數(shù)據(jù)。運(yùn)行 可從時(shí)鐘

15、停止處恢復(fù)。性能基于 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工作電壓： 5. 5V -3.4V （ 5V 單片機(jī)）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) 48MHz用戶應(yīng)用程序空間 4K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 口是開漏輸出，作為總線擴(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。7 ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP （在應(yīng)用可編程），

16、無需專用編程器仿真器 , 可通過串口 （ P3. O/P3.1 ）直接下載用戶程序， 8K程序 3 秒即可完成一片8.EEPROM功能9看門狗10內(nèi)部集成 MAX810專用復(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)中斷方式喚醒遁用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART工作溫度范圍： 0 75 -40 - +85封裝： LQFP-44, PDIP-40 ，PLCC-44, PQF

17、P-44結(jié)構(gòu)概覽STC89C51RC的 結(jié)構(gòu)如下圖 2-3 所示?；?proteus 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真圖 2-3 STC89C51RC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.2.4 芯片的引腳排列和說明STC89C51RC共有 40個(gè)引腳，封裝形式為 PDIP40， 它的排列如圖 2-4 所示 8031 8051 8751 8032 8051 8752 89C51 89C52 圖 2-4 STC89C51RC引腳原理圖基于 proteus 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真圖 2-5 STC89C51RC實(shí)物圖 在 40 個(gè)引腳功能說明如表 2-1 所示。表 2-1 STC89C51RC 管腳功能說明VCC（40

18、腳）+5V電源輸入VSS（20腳）接地P0口（3932腳）P0口是一個(gè) 8位漏極開路雙向 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 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，訪問外部程 序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。P1口（18腳）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 （ P1.0/T2 ）和定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 2觸發(fā)輸入 （ 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/

19、重載觸發(fā)和方向控制 ）P2口（2128腳）P2口是一個(gè) 8位雙向I/O 端口的內(nèi)部上拉端口P2口也可以配置為復(fù)用地址總線，訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,輸出地址的高 8位P3口（1017腳）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 ）P3.3 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（ 定時(shí)器1外部輸入）P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ,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 ）RST（9腳）復(fù)位/ 備用電源引線。當(dāng)

20、該端加上超過 24個(gè)時(shí)鐘的高電平 時(shí)，可使單片機(jī)復(fù)位；若在改引線上接 +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）XTAL2（18腳）外部晶體連線，片外石英晶體連與此二端與片內(nèi)電路構(gòu) 成振蕩器?；?proteus 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真EA（31腳）允許訪問片外 ROM編/ 程高電壓引線。當(dāng) EA=1時(shí)，訪問片 內(nèi)ROM；若 EA=0，訪問片外 ROMALE（30腳）地址鎖存。當(dāng) P0口工作在第二功能時(shí)，從該口可以送出A0A7和傳送D0D7，利用ALE可以將 A0A7鎖存在地址 鎖存器。PSEN（29腳）片外 ROM選通信號(hào)，常用作片

21、外 ROM的讀控制信號(hào)，低電 平有效。ULN2003A 介紹ICULN2003概述與特點(diǎn)ULN2003 高耐壓、大電流達(dá)林頓管圖 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)邏輯緩沖器來處理的數(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 DI

22、P 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)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來驅(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)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管 , 它的輸出端允許通過電流為 200mA，飽和壓降 VCE 約 1V 左右，耐壓 BVCEO約 為 36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。 采用集

23、電極開路輸出，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、數(shù)字量輸出卡等 控制電路中?？芍苯域?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

24、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)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。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)與仿真圖 2-8 復(fù)位電路圖 2-9 時(shí)鐘電路整個(gè)電路的原理 步進(jìn)電機(jī)控制的最大特點(diǎn)是開環(huán)控制，不需要反饋信號(hào)。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)

25、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12圖 2-10 系統(tǒng)原理圖基于 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 STC12C40

26、52A，D輸出各勵(lì)磁狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的功能。電路流程圖圖 3-1 電路流程圖第四章 電路仿真Proteus 原理圖繪制過程1進(jìn)入工作界面，打開 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所屬類所屬子類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CRYSTALMiscellaneous-RESResistorsGenericBUTTONSwitches&RelaysSwitches

27、MOTOR-STEPPERElectromechanical-ULN2003AAnalog ICsMiscellaneous表 4-12在如圖 4-2 所示的元件庫中添加表 4-1 中的元件14圖 4-2 元件庫基于 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)域中畫出如圖 4-4 所示的原理圖15圖 4-4 繪制完成的原理圖基于 proteus 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真仿真設(shè)置1、程序的編譯該軟件有自帶編譯器，有 ASM的、PIC 的、AVR的匯編器等。在 ISIS 添加上編寫好 的程序，方法如下點(diǎn)擊菜單欄“

28、 Source”，在下拉菜單點(diǎn)擊“ Add Remove Source Files（ 添加或刪除源程序 ） ”出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，如圖 14 所示。點(diǎn)擊對(duì)話框的“ NEW”按 鈕，在出現(xiàn)的對(duì)話框找到文件設(shè)計(jì)好的“計(jì)數(shù)器.asm”，點(diǎn)擊打開圖 15；在“ CodeGeneration Tool ”的下面找到“ ASEM5”1，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 ”，過一會(huì)，編譯結(jié) 果的對(duì)話框就會(huì)出現(xiàn)在我們面前，如圖 4-5 所示。如果有錯(cuò)誤，對(duì)話框會(huì)告訴我們是哪 一行出現(xiàn)了問題，可惜的是，點(diǎn)擊出錯(cuò)的提示，光標(biāo)不能

29、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)按鈕就可以開始模擬仿真仿真結(jié)果按“正轉(zhuǎn)”和“反轉(zhuǎn)”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

30、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，焊接的不滿意的，焊錫過多可以將板子倒置用電烙鐵吸走部分后，重新 焊接，焊錫過少直接再涂抹部分焊錫。 整個(gè)過程一定要保證焊錫和焊點(diǎn)達(dá)到一定的溫度，

31、并充分接觸。（電烙鐵來回蹭焊點(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： 在同一條銅線上如果引腳之間電阻較大就應(yīng)該存在虛焊。將數(shù)字萬用表 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)，用萬用表的兩針分別接觸，焊盤周圍和元結(jié)引腳如果叫說明接 通（多試幾下如果從焊盤盤個(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)候銅線會(huì)斷掉，這是還是用電阻檔，分別放到銅線的兩個(gè) 不同引腳上，如果不叫不是節(jié)點(diǎn)虛焊，就是銅線斷掉。銅線斷掉的用飛線連一下就可以 了。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

32、焊接難上錫的19基于 proteus 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真鐵件等物品時(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。 所以只使用松香的話， 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，離開后，吹口氣冷卻工件焊點(diǎn)。用手拉一拉工件，檢查是否 虛焊。卸掉已焊接的原件： 用電烙

33、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。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，焊接溫度一般 220 度左右為好。焊錫 絲盡

34、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。單片機(jī)程序?qū)懭氤绦驘龑懀豪昧?RF-X1 開發(fā)板（圖 1）將編寫調(diào)試完成的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)。20基于 proteus 的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真圖 5

35、-1 RF-X1 開發(fā)板燒寫步驟如下：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) STC89C5，2 芯片缺口朝手桿方向放置。4、在 Windows環(huán)境下打開 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（ STC89C52R）C，端口選擇（ COM）5，然后點(diǎn)擊 OPENF ILE 導(dǎo) 入光盤中的實(shí)例程序（ HEX文件）如圖 3 所示，點(diǎn)擊 Downlaod/ 下載。硬

36、件安裝所需元器件見下表 5-2表 5-2 元器件名稱型號(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！硬件調(diào)試所有硬件安裝好后我們開始運(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)語句的理 解和運(yùn)用，不能夠充分理解每個(gè)語句的具體含義，導(dǎo)致編程的程序過于復(fù)雜，使得需要 的存儲(chǔ)空間增大。損耗了過多的內(nèi)存資源通過此次畢業(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程中也了解了許多 課外知識(shí)，開拓了視野，使自己在專業(yè)知識(shí)方面和動(dòng)手能力方面有了很大的