步进式搅拌机调速控制系统设计驱动模块设计说明.docx

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1、智能仪器综合实训课程设计报告标题:步进式混合机速度控制系统的设计驱动模块的设计学生：编号：职业：类别：讲师：(3)步进电机具有瞬时启动和快速停止的优越特性。(4)改变脉冲的顺序可以方便地改变旋转方向。因此，目前打印机、绘图仪、机器人等都是由步进电机驱动的。1.7项目设计的意义在某些应用中，不需要高精度的控制，但控制系统应尽可能简单，成本低, 同时满足一般的工作要求。功能更全；适应性强；电机各种运行状态指示一目 了然，操作方便；该系统抗干扰能力强，可靠性高。这个设计就是基于这个想 法。本设计课题是基于单片机控制步进电机来设计搅拌机的速度控制系统，所 以对控制精度的要求不高。需要实现搅拌机的正反转

2、，启动加减速，并通过光 学编码器或光电编码器将速度反馈给单片机，通过LED和LCD显示器显示步进 电机的转速和设定值。通过调节PID,自动调节测量值与设定值的偏差，从而 实现步进电机的自动加减速。第二章总体方案设计2.1步进电机控制方案步进电机控制方案有很多种，但主要是电子电路系统控制、PLC可编程控制器 控制、单片机控制，通过操作是否方便、程序指令和逻辑是否正确合理、步进 电机加减速控制的优化、抗干扰能力、电路设计、硬件质量等指标来衡量。在 本设计中，我们采用单片机控制方案。一般步进电机控制器都是用硬件实现的，虽然电路可以实现高集成度，但是价 格比较高，功能也比较简单，而且设计要求改变了，要

3、改变整个硬件电路，比 较麻烦。采用单片机软硬件结合的方式控制步进电机。利用其强大的可编程和5/44 运算功能，充分利用单片机的各种资源，可以灵活控制步进电机。另外，驱动 芯片ULN2003可以实现不同模式、步数、正反转、转速等的控制。如果需要改 变控制要求，一般只需要改变软件来适应新的环境，本设计采用了动态扫描技 术。显示电路和键盘电路的结合可以节省单片机的端口，实现一定的人机交换, 并且为了抗干扰和提高可靠性，所以本设计就是基于这种思想。2. 2基于单片机的控制单片机控制系统是一种软硬件结合的控制方法。步进电机每相驱动电路通过单 片机的外部引脚线直接控制。并通过键盘作为外部中断源，设置步进电

4、机正转、 反转、停止、加速、减速等按键，利用程序查询方式调用中断服务程序，完成 对步进电机的最佳控制。由于单片机的强大功能，可以设计大量的外围电路， 外接LCD和LED显示器，显示正转、反转、加减速等状态。单片机系统通过自 身功能和软件编程实现脉冲的分配。2. 3步进电机驱动方案步进电机驱动技术是指利用步进电机驱动器的驱动级来导通和关断步进电机各 相绕组，同时控制绕组所承受的电压和电流的技术。到目前为止，步进电机驱 动技术通常分为单电压驱动、斩波恒流功率驱动、升压频率驱动和细分驱动。(1)单电压电源驱动该电路在单电压驱动技术的基础上，在电枢绕组电路中串联电阻，提高电路的 时间常数，改善电机的高

5、频特性。提高了步进电机的高频响应，降低了电机的 谐振，可以产生更大的电磁转矩。这种驱动方式结构简单，成本低。缺点是串 联电阻的做法会造成大量的能量损失，特别是工作在高频时，所以只适用于小 功率或对性能指标要求不高的步进电机驱动。(2)高低压驱动这个电路是指无论电机的工作频率是多少，都是在导通相的前沿用高电压供电 来增加电流上升沿的斜率，前沿后用低电压维持绕组的电流，即增加绕组电流 的注入量来增加输出，而不是提高电路的时间常数来提高矩频性能。但采用这 种驱动方式的电机，其绕组的电流波形在高压工作结束和低压工作开始的交界 处呈凹形，导致电机输出转矩下降。6/44(3)斩波恒流电源驱动斩波恒流功率驱

6、动的设计思想是，无论在锁定、低频还是高频运行时，都要尽 量使导通相绕组的电流保持在一个固定值。使电机具有恒转矩输出特性。这是 目前应用比较广泛，效果比较好的一种电源接口。这种电源接口的特点是:高频 响应大大提高，接近恒转矩输出特性，消除了谐振现象，但电路比较复杂，所 以在本设计中没有使用。(4)升压频率和升压功率驱动。为了进一步提高驱动系统的高频响应，可以采用频率提升功率驱动接口。该接 口向绕组提供的电压与电机的运行频率线性相关。它的主电路实际上是一个开 关电源，利用频率电压转换器将驱动脉冲的频率转换成DC电平，并利用这个电 平来控制开关电源的输入，构成一个具有频率反馈的功率驱动接口。(5)集

7、成动力驱动目前，用于小功率步进电机的集成功率驱动芯片有很多种。在现代电子技术中, 人们经常使用集成芯片来节省更多的空间，这大大简化了逻辑电路对驱动电路 的要求，提高了驱动的可靠性，使驱动过程更加简单高效。驱动方案的确定：由于本设计中使用的步进电机是小功率步进电机，所以对驱动路径的数量没有 太大的要求。综合考虑制造工艺方便简单、成本和电路体积等因素，本设计采 用集成功率驱动方案，采用现成的集成电路作为驱动电路，选用集成功率驱动 芯片ULN2003作为步进电机的驱动芯片。2. 4总体方案设计基于步进电机控制系统设计的搅拌机是一个有机整体，由运动控制系统和运行 控制系统组成。操作系统将操作者的操作转

8、化为运动控制系统可接受的电信号, 运动控制系统据此做出响应，完成规定的动作。步进电机不能直接接工频交流或DC电源工作，必须使用专用的步进电机驱 动芯片或驱动电路，由脉冲产生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。 控制单元采用单片机，驱动单元直接与步进电机耦合。7/442. 4.1总体方案框图基于步进电机的控制系统设计主要由五部分组成：步进控制器、驱动芯片 （放大控制器输出的脉冲驱动步进电机）、步进电机、LCD/LCD显示器和键盘。 不同的控制方案，步进控制器和驱动器也有不同的类型。LED/LCD显示器图2. 1总体方案框图3. 4. 2总体方案的功能描述和选型通过对其他步进电机控制系统的分析

9、，结合设计目的，以单片机为控制器, 设计了基于步进电机的搅拌机控制系统。采用单片机控制步进电机，实现了软 硬件结合的控制方法。采用ULN2003四相八拍步进电机驱动芯片作为驱动核心, 结合单片机实现对步进电机的最佳控制。采用ATMEL公司的AT89C51单片机作 为步进电机控制器的核心计算器件，利用单片机强大的计算能力和可编程特性, 实现复杂的步进电机控制功能。并且适应性强，不需要改变硬件电路，只需对 软件进行必要的修改，就可以适应不同的驱动芯片和控制要求。而且可以实现 人机交流，通过键盘可以改变步进电机的运行状态，各种运行状态也有相应的 指示，方便操作者随时了解电机的运行状态。由单片机构成的

10、步进电机控制系 统的优点是非常明显的。系统采用并行控制，通过单片机接口线控制ULN2003 驱动芯片。单片机通过软件的控制，依次给ULN2003不同频率的脉冲，控制电 机的正反转，从而实现加速和减速。测速模块测量步进电机的运行速度，并将 测量值反馈给单片机。单片机通过软件编程进行PID数据计算处理，使测量值 无限接近设定值，并通过LED/LCD显示设定值和测量值。考虑各种假设后，本8/44设计各部分的功能如下：单片机(CPU)最小系统:脉冲产生、数据处理、PID运算。电机驱动模块:负责放大单片机发送给步进电机的信号功率，从而驱动电机 工作。串口下载模块:主要负责计算机与单片机之间的通信，将计算

11、机中编写的程 序下载到单片机芯片中。显示方式:我们采用LED/LCD显示，主要显示电机速度、电机方向、系统设 定速度系统。测速模块:我们主要使用的是欧姆龙编码器E6A2-CW5c 200P/R,主要检测步 进电机的实际速度，最后将测得的信号转换后发送给单片机。按键:采用独立按键，适合一个按键占用一条接口线，每个按键电路独立。作 为外部中断源，连接到单片机的端口，通过该端口设置电机的正转、反转、加 速、减速、显示设定速度等功能。第3章硬件设计和仿真硬件是整个系统的平台。各种功能的实现和软件的运行都是以硬件为基础 的，所以硬件设计的合理性从根本上决定了整个系统的好坏。为了充分发挥单 片机的优势，实

12、现尽可能多的功能，系统成本尽可能低，工作更可靠，操作更 具交互性。硬件设计选择如下。3.1单片机最小系统-核心最小单片机系统是整个控制系统的核心，主要产生步进电机运行时的脉冲，进 行必要的数据运算和程序处理，主要由单片机、外部复位电路和晶振电路组成。 本设计选用ATMEL公司生产的AT89C51单片机作为中央处理器，与外部电路构9/44成最小系统模块。4. 1.1单片机AT89c51介绍单片机自诞生以来，种类繁多，新品种层出不穷。从INTEL最初的MCS. 51 和PIC系列，到最近推出的AVR、ARM等。，品种繁多，功能各异。但目前来看， 51系列的MCU仍然是众多设计中的第一，尤其是ATM

13、EL公司的89系列FLASH MCU, 应用非常广泛。而且还有很多技术参考。通过对本设计所需资源的分析，选择 ATMEL公司的8位单片机AT89c51作为主控芯片。AT89C51是美国ATML公司生产 的低功耗、高性能CM0S8位单片机，具有4k字节的可编程闪存。该器件采用 ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术生产，兼容MCS-51标准指令系统和引 脚。单片机的可擦写只读存储器可重复擦写1000次。由于ATMEL的AT89c51将 多功能8位CPU和flash存储器结合在一个芯片上，是一个功能强大、灵活性高、 价格低廉的高效微控制器。3.1.2 at89c 51单片机的功能和特点AT89C

14、51提供以下标准功能:妹字节闪存、128字节RAM、32个I/O端口、两 个16位定时器/计数器、一个5向量两级中断结构、一个全双工串行通信端口、 片内振荡器和时钟电路。同时，AT89c51可降至0Hz静态逻辑运行，支持两种软 件可选的省电工作模式。空闲模式停止CPU的工作，但允许RAM、定时器/计数器、 串行通信端口和中断系统继续工作。掉电模式保存RAM的内容，但振荡器停止工 作，并禁止所有其它元件工作，直到下一次硬件复位。主要特点：(1) CPU内核完全兼容MCS-51系列，具备MCS-51单片机的所有功能。部分集成了 4K字节的在线可编程FlashROM,可以满足大部分系统扩展 的需要，

15、编程器更快。(3)耐久性:1000次书写和擦除。工作电压范围为2. 7-6V0(5)能在024 MHz晶振频率范围内可靠工作，加快了系统的工作速度，可用于一些高速实时处理控制系统。10/44部分有128字节的RAM和两个16位定时器，可以存储系统运行中的数 据。(7)具有六个中断源，在总体设计上完全可以满足中断系统的扩展需求。(8)可编程串行UART通道；直接LED驱动输出；低功耗空载和关断模式。PDIP(AJIOSI) (MISO)(RXD) CTXD) CTO) CF1) CVP1.O 匚PU匚P1.2 匚P1.3 匚PI.4 匚P1.5 匚P-I.6 匚PL7匚RST EZP3.O 匚

16、尸3.1匚 F3.N UF3 3 匚 尸34匚 F.S 匚P3 6匚 尸3 7匚XTAL2 匚XTAL1 匚GIMO 匚2 34 56 78 91O 1 112 1314 15 11820ZZJ VCCZZJ RO.O (AOO) ZZJ RO. 1 (AD1) = RO.2 (AO2 ZJ FO.3 (AD3 ZZJ RO_ 4 (AOA) ZU FO.S (AD5) Fo.6(/xoe)ZU FO.7 (AO7) ZU EA/、/P尸ZJ ALE7FROG ZJ FSEZZZJ R2.7 (A*1 5)ZZJ R2.e (A 14)ZZJ R2.S (A 13)ZJ R2.-4(A 12)

17、Z3 R2.3 (A1 I)ZZJ R2.2 (A1O)Z3 F2.1 (A9)Z3 R2.O (AB)图3, I AT89C51引脚图3.L 3单片机:小系统示意图控制系统以AT89S51单片机为核心，其基本模块主要包括复位电路和晶振 电路。最小单片机系统的原理图如图所示。A - C21lFC1LUR2fid P1JP12P13P14P1516 F17IlFC3Tl 1kF图3.2单片机取小系统不忌图AT89C51的XTAL1和XTAL2引脚是振荡器高增益反相放大器的输入和输出。II /44 外部应时晶体（或陶瓷谐振器）以及电容器C1和C2连接在放大器的反馈回路中, 以形成并联振荡电路。外部

18、电容器C1和C2将稍微影响振荡频率、振荡器的稳 定性、启动振荡的难度和温度稳定性。复位电路由按键、电阻和电容C3组成。 当振荡器工作时，持续两个机器周期以上的高电平RST引脚将复位微控制器。3. 2电机驱动模块由于本设计采用的小型步进电机对电流和电压的要求不高，用硬件设计驱 动电路的方法会使电路复杂，不便于调试。此外，使用多个部件制造成本高且 不方便。并且直接使用集成驱动芯片可以使电路稳定，成本低，易于控制，所 以最终本设计直接使用芯片ULN2003作为电机驱动部分的驱动芯片。ULN2003驱动芯片ULN2003A电路是美国德州仪器公司和Sprague公司开发的高压大电流达林顿 晶体管阵列电路

19、。它由七个硅NPN达林顿晶体管组成。具有电流增益高（电流可 达500mA） 工作电压高（可承受50V电压）、温度范围宽、负载能力强等特点。 适用于各种要求的高速大功率驱动系统。ULN2003由七组达林顿晶体管阵列、 相应的电阻网络和箝位二极管网络组成。每对达林顿晶体管与一个2.7K的基极 电阻串联。在5V的工作电压下，可以直接连接TTL和CMOS电路，可以直接处理 原本需要标准逻辑缓冲器处理的数据。同时具备驱动七组负载的能力。它是一 款单片双极型高功率高速集成电路。其结构引脚电路如图所示。图3. 3 uln 2003结构引脚电路图12/443. 2. 2驱动模块电路图因为UL为003工作电压局

20、,工作电流大，填充电流可达500mA,关断状态下可 承受50V的电压，输出可与高负载电流并联运行。完全可以驱动一个四相八拍 电机。通过单片机I/O 口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，该 信号通过芯片ULN2003驱动步进电机。儿 N2003AMU28I1CI2CI3CI4CI5CI6CI7CB B B B B B B12 3 4 5 6 71P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3 0/RXDP1 1P3.1/TXDP1.2P3.2/1NT0P1.3P3.3/1NT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3,6M/RP1.7P3.7/RD27 回28 e .1(

21、312uh1523456716AT89C51-RESPACK图3. 4驱动模块电路原理图本设计的电机驱动部分由驱动芯片ULN及其外围电路组成，其中ULN2003 的输出端IC、2C、3C、4c依次连接到一个插座上，分别连接到步进电机的四根 导线上。MCU的P1端口的四个引脚通过非门依次与芯片的IB、2B、3B、4B引 脚相连。通过这种连接，实现了单片机与ULN2003和步进电机之间的串行控制。 由于ULN2003驱动芯片中有七个非门，需要与非门的输入端相连，所以单片机 输出的脉冲信号不会发生变化。在这里，ULN2003芯片相当于继电器。当单片 机的脉冲到来时，通过依次改变步进电机各相的导通来控

22、制步进电机的运行。3. 3独立按键模块键盘根据不同的情况选择不同的模式。这里用的是独立键，包含前进档、倒档、 加速、减速、停止五个功能。与单片机的P2. 0、P2. 1、P2. 3、P2. 4引脚相连， 用于信号输入。因为是独立键，所以键的另一端普遍接地，在低电平“0”期间 触发键盘启动脉冲。除了考虑是否有触发电平外，有必要在图中显示关键电路。13/44P2HW5 P2.19P22闾口 P 23内11 P2.mi2 P2J5m3 P2J5JH P2.7XM5P3IPRXD P3.1/TXD P3.24RTU图3.5独立键盘电路3. 4显示模块因为设计需要LCD/LED显示，所以这部分显示模块采

23、用了LCD显示和数码管显示。（1） LCD （液晶）显示模式采用点阵液晶显示。单片机P0接LCD的数据作为数据口，LCD的VSS接地，VCD接高电平，命令数据线RS接P2.6,读写控制线R/W接P2.5,使能线E接p2.7,当命令数据线RS为1时，DOD7显示RAM数据；RS为0时，DOD7写数据；当R/W为1时，为读取模式；当R/W为0时，为写模式；当E从1变为0时，DOD7上的数据写入LCD。U119189 XTAL1PO.O/ADOPO.1/AD1PO.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5PO6AD6RSTPO.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.

24、2/A10393837363534333229302123242526 rwPSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A1527 rs：28 e _LCD1LM016LRESPACK-6图3. 6LCD显示电路图（2） LED（数码管）显示模式LED显示模式有两种驱动方式:共阴极和共阳极。本设计采用普通阴极结构。在14/44目录目录I摘要II第1章概述11.1 搅拌机简介11. 2单片机控制步进电机概述11.3步进电机的概述21. 3. 1步进电机的应用22. 3. 2步进电机的研究与发展31. 4步进电机的机构与工作原理41.5步进电机的分类

25、51.6步进电机的特点6L7课题设计的意义6第2章总体方案设计72. 1步进电机的控制方案72. 2基于单片机的控制72. 3步进电机的驱动方案72. 4总体方案设计91. 4. 1总体方案方框图92. 4. 2总体方案功能说明与选型9第3章硬件设计与仿真113. 1单片机最小系统核心113. 1. 1单片机AT89c51简介113. 1. 2AT89C51单片机功能与特性113. 1. 3单片机最小系统原理图133. 2电机驱动模块133. 2. 1ULN2003 驱动芯片 143. 2. 2驱动模块电路图143. 3独立按键模块153. 4显示模块16/44共阴极连接中，共阴极连接到低电平

26、（通常接地）。当阳极是高电平时，相应的 段被点亮。此外，显示器需要一个外部限流电阻，这会导致LED烧毁。同时显示 方式采用静态显示，可以在每次显示输入后保持显示不变。只有当要显示的数 字需要改变时，其数字显示的锁存容量才会更新。因为它是4段数码管，所以D6 7U/ 8UL 74LS164RN1RN216R15A114A2 13A3bl 10 E211 AAAr- AA 1QA58 B07 blh B2-WV-AAAr- J史 2 06 1 W10k10k8CO&1- -iRN3RN4F0 1 168GO 15Fl15 5G1 14 13no 10 108G6 79 C7F7_8j_10k5 1

27、6 10U2 74LS16474黑889-VW-AAA/ -AAAr -WVWr -AA/VAAAr-AAAr-AAAr- 12FTT 14三 13 C312 C4 11 C5iS oU3 74 LSI M也8济CM1r)使用了四个74LS164串行输入和并行输出移位寄存器。接线原理如图所示。图3.7 LED显示模式接线图3. 5速度测量模块由于光电编码器和编码器的测速原理相同，都是将旋转位移转换成一系列 数字脉冲信号，传送给单片机，所以本设计采用了编码器，提高了测量精度， 其输出接单片机P3. 5引脚。如图，是本设计编码器的实际图片。图3.8编码器物理图15/443. 6总体示意图通过对各个

28、模块的梳理，再结合芯片数据，完成相应模块的硬件设计。在 对上述单片机最小系统、LCD/LED显示模块、电机驱动模块、电机测速模块和 键盘模块进行设计和论证后，完成了整个硬件设计。系统的总体原理图见附录。16/44第四章软件设计4.1系统功能设计软件的主要功能是根据设定的转速实现单片机对步进电机的自动加减速控制， 并通过LCD和LED显示步进电机的运行参数。其具体职能如下：当按下前进键时，步进电机正转；当按下反转按钮时，步进电机反转；当按下 停止按钮时，步进电机停止运行；键盘可用于输入所需的设定值。输入参数后, LCD/LED显示所需的步数和步进电机的运行状态。单片机根据输入的设定值判 断是否需

29、要加减速启动。当输入的步数小于5 r/min时，步进电机以最低速度 5r/min运行。当输入的步数大于5 r/min时，步进电机从最低速度5 r/min开 始加速。当步数仍大于5 17nlin时，步进电机以设定的最大速度25 r/min恒速 运行。当步数小于25 r/min时，步进电机开始减速。当速度降低到5 r/min时, 步进电机以设定的最低速度5 r/min运行。4. 2主程序设计流程图的设计遵循自上而下的原则，即从主体开始逐步细分各个模块的流程。 在流程图中梳理清楚设计师的控制流程。该程序主要由键盘程序、步进电机驱 动程序、LCD/LED显示程序和测速程序组成。主程序首先初始化所有变量

30、，步 进电机驱动的各个管脚输出一个高电平，然后进入待机状态，等待相应的操作 输入。然后调用键盘程序，做出判断。如果按键被按下，调用键盘处理程序。 流程图中详细描述了各种模式和方式的不同处理。4. 2. 1主程序工作过程(1)系统初始化。系统初始化包括功能初始化、定时器T1初始化、步进电 机工作状态初始化和LCD/LED初始化。步进电机初始化状态为低速正运行，数 码管显示的步数为+5 r/min。(2)键盘扫描和按键处理。判断按键是否被按下，如果是，则进行按键处理。 按键功能包括上下键、开始键、停止键、前进键、后退键和复位键。17/44速度调节。根据输入的转速，判断是否需要自动调速。4. 2.

31、2主程序流程图主程序流程图如图4.2所示。整个控制系统的主程序工作流程简单反映在 图中。图4.1主程序流程图4. 3驱动流程图由于本设计采用四相八拍步进电机，单片机产生的脉冲按A-AB-B-BC-C-CD-D- DA-A和反方向D-DC-C-CB-B-BA-A-AD-D开启步进电机，通过改变各相的延时时间 来调节步进电机的转速。18/44图4. 2驱动脉冲产生流程图4.4键盘流程图在这个设计中，按键的一端接地，另一端连接到MCU的相应端口，所以当按键被 按下时，MCU的相应端口的电平降低。所以编程时判断按键在低电平有效。流程图如图所示。返回图4. 3按键流程图19/44第五章调试与总结调试是工

32、程验证中不可或缺的一步。调试主要是指软硬件结合。调试的目的是 检查软件和硬件的设计是否符合设计要求，能否达到预期的效果。如果达不到 要求，就要更换软硬件。5.1 软件调试本设计软件主要通过Proteus软件进行调试，这与其优秀的仿真特性是分不 开的。所设计的程序可以在Proteus中使用。在完成仿真过程的同时，基本验证 了所设计程序的正确性，从而完成了系统开发中控制程序的设计部分。我们需 要注意本设计软件的调试：（1）四相八拍步进电机能否正常启动、运行、加速、减速。（2） LED/LCD显示屏是否能按设计要求显示。（3）关键模块设计是否合理，电机控制是否有效。（4）电机是否能实现自动加减速。（

33、5）电机转速上限和下限的设定是否满足电机的要求。（6）在测速模块中，采用的计算是否准确。通过Proteus软件的仿真，程序达到了预期的效果，并通过仿真实现了程 序软件的调试过程。如图，是LCD软件的调试结果。ifP3.aHXD P3.1/TXD P32.WfO P：J ： tjTiP3X-TD P3.5jTl P3AWR P37RDP20.A8P2J.A9P2.2.A10P2.3.A11P2.4/A12 P2 5-A13P2.&A14P2 7.A15LOU I LMO16L图5.1软件模拟图M1C2C3CC5C叫7CXTAL1XTAURSTRESPACKBpo.aAxxi RO 1-AD1 P

34、O2AD2 P03AD3 P0.4AD4 P05AD5 PO.GADfi P07-AD7普 12setting： 8009r/s measures +0006r/s 4号号把左3 S5883S8BRESPACK820/445. 2硬件调试硬件调试时，将设计好的程序下载到物理硬件上，连接电路。为防止硬件损坏, 硬件上电前要检查电路，包括检查芯片的焊接方向，检查芯片的引脚有无短路 和短路。在上述检查无问题的情况下，通电，通电后检查电机是否正常运行， 以实现设计要求的功能；如果不是，断电后检查电路连接问题。本设计应注意 硬件调试：（1）通电后电机以最小5/s的速度运行，最大速度能否以25/s运行。（

35、2）电机是否能通过按键的按下和反转来实现其功能。（3）按下加减速按钮，电机能否实现加减速。（4）当电机以一定速度运行时，电机能否实现自动加减速？（5）测速模块测量是否准确。（6）当电机达到一定转速时，电机是否会失步。（7） LCD/LED显示屏是否能准确显示，不会出现乱码。综上，设计符合要求，显示符合要求，测速准确。具体的物理调试如图所示。图5. 2硬件调试图5. 3总结通过为期五周的智能仪器课程设计。最后，完成了基于单片机设计的搅拌 机（步进电机）速度控制系统的软硬件研究与设计。通过本次设计，可以加深我 们对单片机控制系统的理解。将所学的理论知识应用于实践。在这个课程设计中，虽然我们每个人都

36、有明确的分工，但整体上我们是一21 /44 个团队。在这个团队中，每个人负责的部分很重要，关系到整个设计的成败。这是因为我们在团队意识上有很强的团结精神。从开始查阅资料到最后的硬件 调试，都需要讨论协商，确定最终的方案。这是一个相互学习的过程。通过系统的设计，达到了预期的设计目标，完成了所有的设计任务。具体 功能如下:整个系统的硬件设计和软件编程已经完成，可以通过键盘电路控制步 进电机的速度控制，实现启动、正转、反转、加减速的控制，最小转速为5 rpm,最大转速为25 rpmo通过编程，用单片机输出的四相八拍脉冲控制序列 控制步进电机，并用LCD/LED显示。在这次设计仿真中，我们使用了仿真软

37、件 Proteus7和编译软件keil4.0,这对我们的设计进度有很大的帮助，也让我更 加熟练的掌握了这两个软件。终于感受到老师这么长时间的指导了！22/44参考1传友，小斌，I .传感技术与系统设计的:科学，2004年。许道。传感器与检测技术M。电子工业，2004。3杜仁。传感器原理及应用技术。：电子科技大学，2003。4奥松电子。DHT11指令.奥松.金。单线数字温度传感器的原理及应用J .电子技术应用，2000o6由孙岚编辑。数据采集与处理M。：能源，1987年。褚亮，编。数据采集系统及其装置M。技术大学，1988年。8欢迎来到新的一年。单片机原理、应用及接口技术。：国防工业。9郭天祥。

38、单片机新概念51 C语言教程。：电子行业。10蔡主编。单片机课程设计。：华中科技大学。11王小明。电机的单片机控制。航空航天大学。12易纲。杰。MCS-易单片机的原理及应用。：哈尔滨工业大学。2008o13贾振国，徐琳。智能仪器原理与应用：水利水电.2011.114尤德，涂世良，智英。单片机原理、应用及实验（C51版）复旦大学15石智能仪表设计基础（第2版）：电子工业.2012. 916广飞、娄然淼、胡、等。单片机课程设计实例指导。：航空航天大学. 2014. 1017凌雨华。单片机原理及应用系统设计。：中南大学.2006. 2o18简海、大伟、凯、狄。数字PID控制器在温度控制系统中的应用J

39、电子测量技术2009年4月19贾生。电机原理与拖动基础M。：邮电大学，2006年。20马淑华，王，梅元。单片机原理与接口技术M。：邮电大学，2007年。23/44附录A:步进搅拌机速度控制系统设计硬件原理图LCD显示部分:Au n aj Ao 7 L L L L L L _ pppppppp TT一“5T0T- -81mlLW1setting NI5r/5Measure：卿RP2RESPO424/443. 5测速模块173. 6总体原理图18第4章软件设计193.1 系统功能设计194. 2主程序设计194. 2. 1主程序工作过程194. 2. 2主程序工作流程图204. 3驱动流程图204

40、. 4键盘流程图21第5章调试与总结225. 1软件调试225. 2硬件调试235. 3总结23附录A：步进式搅拌机调速控制系统设计硬件原理图26LCD显示部分：26LED显示部分：271/44LED25/44附录B:搅拌机速度控制系统源程序（步进电机）LCD显示部分：# include 包含头文件，#include# define uint unsigned int /预定义它# 定义uchar无符号字符# 定义数据端口 P0ttdefine BUSY 0x80 /常量定义void显示()；LCD延迟子程序void LCD _ wait (void) ； /LCD 初始化子程序void in

41、it LCM(void) ； /LCD 检测忙子程序 void writecommandcm(uchar wcl cm, uchar busyc)； 向ICM子功能写入指令void WriteDataLCM(uchar wd LCM)； 将数据写入 LCM 子功能void DisplayOneChar (uchar X, uchar Y, uchar DData)； 显示指定坐标的字符子函数 void DisplayListChar (uchar X, uchar Y, uchar code * DData)； 在指定坐标显示一 串字符子函数 无效延迟(uint t)；void init_ti

42、mer()ovoid PID _ cal ()；uchar 码 FFW8 = 0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x0c, 0x08, Ox 09 ) ； /四相八拍前 向编码uchar 代码版本8=0x09, 0x08, 0x0c, 0x04, 0x06, 0x02, 0x03, Ox 01 ； 四相 八拍反转编码uchar 代码 strO二设置：“；uchar 代码 str 1 = measure:“ )；sbit kl = p2-0； 向前旋转sbit k2 = p21；/反转sbit k3 = p2 2； /停止sbit 贾二 p2八3；sbit Jian =

43、 p24；sbit 1cm rs=p26； 液晶显示器sbit lcm_rw=p25；sbit lcm_en=p27乌恰尔弗莱格；char k = 20uint策良治二0,安健治二5；0/44uint set _ vol = 0； uint t counter = 0； 钱老师； /* *向CM子功能写入指令* */ void write command cm(uchar wcl cm, uchar BusyC) (if (BusyC) LCD wait ()；DATAPORT = WCLCMLCM _ RS = 0； 检查指令寄存器。LCM _ RW = 0； 写入模式LCM _ EN =

44、1；_ nop _()；_ nop _()；_ nop _()；LCM _ EN = 0；/* *将数据写入LCM子函数* * void WriteDataLCM(uchar WDLCM) (LCD _ waitO； 检测占线信号 DATAPORT = WDLCMLCM _ RS = 1； 检查数据寄存器LCM _ RW = 0； 写入模式LCM _ EN = 1；_ nop _()；_ nop _()；_ nop _()；LCM _ EN = 0； /* LCM 中的等待功能* * void led wait(void)(数据端口二Oxff如果单片机在读取LCD之前输出低电平，而读取的LCD是高电平，就会 发生冲突，Proteus仿真会显示逻辑黄色。LCM _ EN = 1；LCM _ RS = 0；LCM _ RW = 1；_