频率，可以对电机速度进行控制控制步进脉冲的个数，也可以对电机定位。典型的步进电机驱动控制系统主要由三部分组成步进控制器，由单片机实现。驱动器，把单片机输出的脉冲加以放大，以驱动步进电机。步进电动机。是执行元件，用于带动其他的工作元件来完成所需要的功能。上述的三部分在我们设计的过程中都集成到了芯片之中，是由芯片来进行控制的，可以直接下载。步进电动机驱动电路图见附录图。设计的过程中用到了芯片。电路原理和器件选择在这早列出和本电路有关的关键部分的器件名称及其在电路中的主要功能单片机，通过对光电耦合器进行控制。使单片机串口的电平转换芯片。光电耦合器。它将微机系统与各种传感器开关执行机构从电气上隔离开来，很大部分干扰将被阻挡。光电隔离电路利用光隔离组成的光电隔离电路将控制器与外部的驱动电路隔离开来，使得外部电路的变化不至于影响或者损坏控制系统，从而提高系统的可靠性，增强抗干扰能力。光电隔离器最重要的参数是电流传输比，应注意通常其值为。输入数字信号提供定的电流时，光电隔离器才会把放大的数字电平输出。光电隔离器联结时应注意信号负逻辑。光电隔离器的输入输出端两个电源必须单独供电，否则，如果使用同电源外部干扰信号可通过电源串到系统中来。光电隔离器的工作原理是当它的发光二极管工作时，光电管受光的影响有电流通过，这些电流基本上受光的照度控制，它可以作为开关使用，这时发光二极管和光电管平常都处与关断状态，在发光二极管通过电流脉冲时，发光晶体管在电流脉冲持续的时问内通过。光电耦合器件也可作为线性耦合器使用，在发光二极管上提供个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，引起其亮度的变化，这样，光电晶体管接受到的时再偏置电流上增减变化的光信号。内部结构如图所示。图内部机构单片机的连接驱动芯片的输入口。当口出现高电平时，通过转换芯片控制，发光二极管发光，光电晶体管导通，进而控制步进电动机的状态。其他端口均如此。系统硬件电路设计总图此系统硬件电路图是我们设计的总图，包括上述各部分的硬件电路硬件电路图，键盘和显示硬件电路图，步进电动机驱动电路图三部分，系统硬件电路设计原理图如附录二中图增强型单片机步进电机控制系统硬件总图所示。第四章系统软件设计实现系统的软件构成本设计应用的是汇编语言进行编程，系统程序的总体设计思路是利用单片机对键盘进行扫描，根据按键的状态来设置相应的状态位，然后根据各状态位的值输出相应的控制信号，进而实现对步进电动机的启动停止正反转加速以及减速的控制，并把系统的运行状态在显示电路中显示出来。本设计的软件部分由键盘和显示电路的软件设计，步进电动机控制的软件设计两大部分构成。系统结构框图可表示为图系统结构框图现对框图中各部分的功能作简要分析单片机是本设计的核心器件，用于控制整个系统的各种工作。信号的接受，发出，处理等。步进电动机驱动模块程序步进电机的运动是靠脉冲驱动，单片机每个脉冲，步进电机就往前走步，在这个过程中，脉冲要按定的顺序送出，当脉冲的时问间隔是相等的时候，步进电机就按定的速度转动，如果改变驱动脉冲的发送频率，则电机转动速度就会发生变化。键盘扫描功能，是通过存储在单片机里面的键盘扫描程序根据键盘的输入键盘扫描键盘显示单片机步进电动机驱动程序状态来设置和控制整个系统运行的状态位，从而最终控制步进电动机的运动状态。键盘显示功能是指通过显示器本设计中应用发光二极管的亮与灭来提示，步进电动机的起停正反转，加减速等的运动状态。系统软件流程图及其说明软件的设计主要是控制步进电机的运动状态，即控制单片机发送的驱动脉冲的发送频率。可采用下面两种方法实现采用软件定时，采用硬件定时，本设计所采用的就是后种方法。主程序流程图如下图所示否是是否是否图主程序流程图开始调用键盘扫描电机运转电机停转加大定时初值减小定时初值主程序流程图的说明程序开始，按，顺序逐步进行扫描，判断是否有按键按下。置状态位，通过对端口的控制，若口有按键按下，即使其保持低电平，则相应的口控制的步进电机的线圈通电，使步进电机开始转动。若口没键按下，则口线圈无电流通过，此时步进电机停止转动。步进电机正反转控制程序在中断中进行，此时不与考虑，下文有专门的介绍。判断是否进入步进电机的加减速状态，程序通过改变每次进入中断时，改变定时初值的办法来实现，加大定时初值，则每次步入中断的时间减小，电机在每相的通电时间减壁编著步进电动机及其应用上海科技技术出版社粱军等编单片机原理机及应用东南大学出版社高鹏等编著入门与提高人民邮电出版社李朝青主编单片机原理及应用重庆大学出版社谢筑森等单片机开发与典型应用设计中国科技大学出版社李云华等编著机电控制北京航空航天大学出版社日三浦宏文主编机电体化使用手册科学出版社姚凯学孟传良单片机原理机及应用重庆大学出版社附录附录系统软件设计程序代码清单装计数初值控制电机运行状态给堆栈指针赋初值定时器工作在方式电机无电流设置指示灯用于判断速度是否达到极限为启动为停止，定时开始，,中断程序重装计数处值正转控制字，反转控制字键盘扫描启动未按下,清位启动按下，置何转向来按下，清位转向按下，置位加速按下，置位消抖,达到最大速度，返回未达到最大速度，加人计数初值减速按下，置位消抖，,延时,达到加速目的。减速也与此理论相同。键盘扫描程序流程图图键盘扫描程序流程图入口延时消延时返回主程返回键盘扫描程序流程图说明步进电动机运动状态控制读取口的状态，在口的高四位中若状态为高电平，则无键按下，此时点亮，其余的灯为熄灭状态。若为低电平则有键按下，相应的灯的亮灭与电机的状态紧密对应，执行过程为按下，步进电机开始转动，否则程序继续扫描下键。按下，步进电机正转，弹起步进电机反转在中断中进行为常开开关，按下次，加速次。为常开开关，按下下，减速次。每次操作完成，键盘扫描程序就执行次。消除抖动的方法按键本身是机械开关，在触电闭合和断开的瞬间会出现电压抖动的现象，必须去除抖动的影响，才能正确的识别被按下的键，本设计采用软件延时来消除抖动。等待键释放得到闭合键对应的键码以后，继续延时并判断按键的状态，直到闭合的按键释放，再根据键码转到响应的键处理子程序中。显示程序设计显示器件用以显示系统的整个运行状态。本设计采用发光二极管来显示单片机和电动机的得电状态，并直接模拟步进电动机的运行状态。端口及作用如下所示口的二极管用于显示电机的停止状态，当启动按键没有被按下时该二极管发光。口的二极管用于显示电机的启动状态，当启动按键按下时该二极管发光。口的二极管用于显示电机的正转状态，当转向按键没有被按下时该二极管发光。口的二极管用于显示电机的反转状念，当转向按键按下时该二极管发光。相关的显示控制程序请详见附录二。步进电机正反转程序流程图图中断及步进电机正反转程序流程图程序的说明进入中断程序前，对步进电机的运行方向状态位进行设置，若则正转，则进入反转程序进入中断首先保护现场，目的是中断完成后，能回到原来的程序中，保证原来程序的顺利进行。在中断程序中，通过对运行方向状态位的读取，来实现步进步进电机的正反入口现场保护正转现场恢复反转返回转。中断结束，返回原来主程序，进行下循环。其程序代码见附录。第五章设计总结本设计课题是基于单片机的步进电机运动控制系统研发的软硬件设计。我是做硬件设计的。在设计准备阶段，做了很多的实验，为了查找到自己所需要的资料，阅读了大量的书籍，也走了很多弯路，培养了自己的能力。在设计过程中，进步熟练了对和的使用。本次设计使用的是单片机，对其基本功能和个管脚功用有了较全面的了解同时训练了显示，键盘的扫描的设计与调试的能力，进步学习了步进电动机的运动特性控制。另外还让我了解了些单片机外围器件的设计，特别是在软硬件调试的过程中，次次出现的和不断的改正，有效的培养了我在细节方面要具备足够的细心而在全局上又要顾全大局等方面的综合素质。总的说来，从查阅资料到方案的完成，从硬件的设计到系统软件的调试，无不充满了坎坷与艰辛，曾有过遇到问题时的苦恼，调试时找不到问题原因时的郁闷，也有经过辛苦问题解决后的喜悦。设计完成了，回首设计过程我体会颇深磨练了自己的毅力和培养了坚持不懈的恒心，本次设计是项极具挑战性的工作，每个环节都马虎不得，既要有理论上的依据也有实验的支持，尤其在系统调试时，更是靠这种坚韧的毅力和坚持不懈的恒心才使得我们继续前进。凡事都不是蹴而就的，都需要通过自己的辛勤耕耘，扎扎实实的干，才可能会有满意的结果。不同的只是过程的长短，份耕耘份收获。培养了自学能力和快速接受新知识的能力。在本次设计中，使用的单片机，以前从没有接触过，只有现学现用。本次设计的过程是不断的学习知识，学完后又马上的用于实践，实践中发现问题时，又去学习的过程。在这个过程中，需要有较强的自学能力和快速接受新知识的能力。我体会到不管做什么事情，只要做就要用心的去做，用自己的智慧去做，努力把事情做的最好。培养了团队合作精神。随着现代科学技术的发展，社会分工越来越细，而每个系统的设计不可能由个人独立完成，都将山团队起协作开发完成，这次设计也体现了这点。让我深深的体会到，把大的看似很难或者根本不能实现的，但实际上可以实现的目标，若分为几个部分，分阶段的来逐完成，最后你会发现，这个目标是如此的不堪击。自信，其实已经成功了大半了。经过百多个日日夜夜的奋战，在老师耐心的指导下圆满的完成了本次设计的任务。致谢感谢导师刘老师的热心指导和不懈的教导。感谢院系领导给予提供的实验和设计环境，让我们有了很好的设计的环境。毕业设计完成了，现在回顾这段时间来看看我做的毕业设计，不足之处在所难免，然而埋在心里更多的却是那份成功和喜悦之情的收获。三个月前对单片机的模模糊糊我，通过本次毕业设计，在导师的指导及自己的努力和同学之间相互学习相互帮助下，使我有了长足的进步。在此，我要特别感谢刘老师对我们所倾注的心血，付出的努力，刘老师严谨的治学作风，无私的奉献精神，对科学的敏感洞察力及对科学事业的执着追求，使我受益无穷，对我即将踏上的工作之路将有着无可限量的帮助。每次的硬件电路设计和软件的调试工作刘老师都在旁边细心的指导着我们，我们的每次小小的失误都逃不过刘老师的眼睛，却使我改掉了不仔细的坏习惯，养成了做事严谨的良好作风。每个节假同当我们想到设计室做设计的时候，刘老师这种无私的精神和对我们毕业设计的关怀，我打心里感动。在这里我还要感谢我的我的合作伙伴朱思同学，由于他的帮助才使得我们这次的毕业设计顺利完成。参考文献曾励主编机电体化系统设计高等教育出版社邓星钟等主编机电传动控制第四版华中科技大学出版社钱