单片机的直流电机速度控制系统的设计
在本课题研究的是用电脉冲控制的直流无刷式直流电机——步进电机。步进电机具有将脉冲信号转变为角位移或线位移的能力的特种电动机之一。由于它的精确度和它的性能比较好，所以在实际中得到了广泛的应用。对于本课题的研究内容主要是将显示模块、电机驱动模块、电源模块和按键模块以及反馈模块组合在一起实现了对电机转速控制的功能。在课题的研究中选用AT89C52单片机为控制的核心器件，实现对步进电机转速的控制以及使用增量式旋转编码器通过连接轴与电机的中心轴相连接，进行对步进电机测速，然后将编码器所测得的速度反馈到单片机，构成闭环测速控制系统。通过软件和硬件电路相结合实现了对步进电机的转速的控制。整个系统的设计和制作完成后，它可以应用在高精度定位的机械系统中，可以应用在位置、速度精度操作的自动化生产中。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2课题研究的内容和意义 1
1.3 本章小结 2
第二章 系统的总体设计方案 3
2.1总体方案的设计 3
2.2设计思路以及实现的功能 4
2.3 电机驱动芯片的选择 5
2.3.1 L297芯片 5
2.3.2 L298 芯片 5
2.3.3 L297和L298芯片组合使用 6
2.3.4 TB6560HQ/FG步进电机驱动芯片 6
2.4 输出显示器件 7
2.4.1数码管 7
2.4.2 1602液晶显示 8
2.4.3 12864 液晶显示 8
2.5器件选型的确定 9
2.5.1 TB6560HQ驱动模块 9
2.5.2 液晶显示模块 9
2.6 设计要求及指标 10
2.7本章小结 10
第三章 系统硬件的设计 11
3.1单片机的最小系统 11
3.1.1 外部晶振电路 11
3.1.2 复位电路 12
3.2按键模块 12
3.3 电机驱动模块 13
3.4反馈电路模块 13
3.5 LCD12864液
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晶显示模块 14
3.6本章小结 15
第四章 系统软件设计 15
4.1整个系统软件的设计 15
4.2显示部分 16
4.3驱动部分 17
4.4 按键部分 18
4.5 PID的介绍 20
4.5.1 PID 的控制系统的组成 20
4.5.2 PID调节器的各个校正环节的作用 20
4.5.3 凑试法 20
4.6本章小结 21
第五章 系统的调试 22
5.1 软件的调试 22
5.2硬件调试 26
5.3调试结果的分析 28
5.4本章小结 28
第六章 全文小结 30
6.1 所需完成的工作 30
6.2总结与期望 30
附录一： 31
1.仿真电路的原理图 31
程序 31
附录二： 37
2.硬件电路的原理图 37
程序 37
致 谢 44
参考文献 45
第一章 绪论
1.1课题研究的背景
随着社会中的生产力的需求，电机本身不断地被开发，然而时代的进步中，对电机的要求也越来越多，普通的直流电机在工业自动化行业几乎落幕，而然在现代的工业自动化中对一种受脉冲信号控制的无刷式的直流电动机——步进电机，产生了浓厚的兴趣。因此本课题主要就是研究受电脉冲控制的无刷式直流电机——步进电机。
步进电机的最初模型起源于1830年至1860年之间，在1870年前后开始了以控制为目的的尝试，便于机构中的传送，这被认为是最初的步进电机。20世纪60年代末，步进电机随着永磁材料的发展，各种实用性的步进电机出现。半导体的技术的迅速发展，步进电机在众多领域的占有重要的位置。我国步进电机的研究及制造始源于50年代末，50年代末期到60年代末期是多以三相反应式步进电机为主。80年代中期多种混合式步进电机以及步进电机驱动被作为成品使用。随着时代的进步，步进电机在人们的生活中应用的也越来越普遍，例如：步进电机作为数控系统的执行部件，应用到实际中的机械加工车床、医疗仪器等。本课题主要研究的是控制步进电机的转速，实现基本的工业上对步进电机的转速控制的要求。在80年代末，步进电机的控制更加灵活，主要表现在：将计算机上的软件和实际中的实物相结合起来，进而达到对步进电机控制。随着信息技术的发展，使用计算机控制步进电机已成必然趋势，也符合了当今时代发展的需要[]。
随着时代的发展，电动机在当今社会中电动机在工业生产、农业生产中，是起着不可忽略的作用。尤其是直流电机中的步进电机，其在各个领域中的利用率得到了很大的提升。在一定的频率范围内，通过改变脉冲的频率可以实现加速、减速、正反转控制。由于这个优势，步进电机作为执行器，被广泛地应用在自动化控制系统中。由此可以看出，当今时代在微电子和计算机发展的推动作用下，对步进电机的需求的递增，比如机械、数控技术中等步进电机都是演示的一个很重要的角色。
1.2课题研究的内容和意义
本课题主要是用单片机来控制步进电机的转速，使用软件和硬件相结合的方法实现本课题所研究的目的。在这个系统中主要是用单片机接口控制步进电机的驱动电路，通过这个电路与步进电机相连接来达到对步进电机的控制。通过按键可以实现整个系统的调速功能。在操作的同时液晶显示器上显示状态、正反转、所设置的速度和当前的速度。跟随着微电子技术和计算机技术发展的推进下，使得各个领域对步进电机的需求的逐渐上升。目前的中国在控制上虽然还不能与发达国家相比较，在数控行业虽然发展水平还不是很高，但是其在我国已经占有较重要的地位。对步进电机本身的研究以及驱动器的研究已经成为热门的一种技术。随着时代的变迁，步进电机将会更贴近人们的生活，将会在工业史上留下它的伟绩。所以本课题只是对步进电机最基础的实用性进行了研究。
本课题研究的主要的优势是（1）通过软件编程将以往的复杂的步进电机控制过程变得简单，而且变得使用方便；（2）能够将具有强大功能的单片机、电源电路、驱动电路、复位电路等，密切的结合在一起。由于步进电机本身的优点，使它成为了一些领域中不可缺少的执行器件。
1.3 本章小结
本章主要介绍了课题的研究背景，主要是讲步进电机在现今社会工业自动化中起着不容小觑的作用，引出了课题研究的内容以及意义，为了使步进电机能够成为各个领域中的更精密的执行器。进一步精装使用闭环控制，提高其应用的效率。
第二章 系统的总体设计方案
2.1总体方案的设计
根据本课题的设计主要是实现对转速的控制，首先是通过单片机的P1^5这个端口产生脉冲，然后将P1^5端口与电机的驱动器的脉冲输入端CLK端口相连接，使得单片机中的脉冲能够输送到驱动器里。在经过驱动器与电机的接口A+AB+B相连接来驱动电机，在通过用连接轴使得编码器与电机轴相连接，来进行对电机的转速的测量。最后通过液晶显示器显示实时的速度。在此过程中通过，使用几个按键来实现对电机的方向、启停以及速度的控制。
选择这个方案：主要是想实现使用闭环来控制步进电机的转速，这个课题设计的主要包括下面的几个部分：单片机模块、电源（供电）模块、驱动模块、显示模块、按键模块等总体的方案设计图，如图2.1所示；各个模块的功能介绍，如下：
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2课题研究的内容和意义 1
1.3 本章小结 2
第二章 系统的总体设计方案 3
2.1总体方案的设计 3
2.2设计思路以及实现的功能 4
2.3 电机驱动芯片的选择 5
2.3.1 L297芯片 5
2.3.2 L298 芯片 5
2.3.3 L297和L298芯片组合使用 6
2.3.4 TB6560HQ/FG步进电机驱动芯片 6
2.4 输出显示器件 7
2.4.1数码管 7
2.4.2 1602液晶显示 8
2.4.3 12864 液晶显示 8
2.5器件选型的确定 9
2.5.1 TB6560HQ驱动模块 9
2.5.2 液晶显示模块 9
2.6 设计要求及指标 10
2.7本章小结 10
第三章 系统硬件的设计 11
3.1单片机的最小系统 11
3.1.1 外部晶振电路 11
3.1.2 复位电路 12
3.2按键模块 12
3.3 电机驱动模块 13
3.4反馈电路模块 13
3.5 LCD12864液
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
晶显示模块 14
3.6本章小结 15
第四章 系统软件设计 15
4.1整个系统软件的设计 15
4.2显示部分 16
4.3驱动部分 17
4.4 按键部分 18
4.5 PID的介绍 20
4.5.1 PID 的控制系统的组成 20
4.5.2 PID调节器的各个校正环节的作用 20
4.5.3 凑试法 20
4.6本章小结 21
第五章 系统的调试 22
5.1 软件的调试 22
5.2硬件调试 26
5.3调试结果的分析 28
5.4本章小结 28
第六章 全文小结 30
6.1 所需完成的工作 30
6.2总结与期望 30
附录一： 31
1.仿真电路的原理图 31
程序 31
附录二： 37
2.硬件电路的原理图 37
程序 37
致 谢 44
参考文献 45
第一章 绪论
1.1课题研究的背景
随着社会中的生产力的需求，电机本身不断地被开发，然而时代的进步中，对电机的要求也越来越多，普通的直流电机在工业自动化行业几乎落幕，而然在现代的工业自动化中对一种受脉冲信号控制的无刷式的直流电动机——步进电机，产生了浓厚的兴趣。因此本课题主要就是研究受电脉冲控制的无刷式直流电机——步进电机。
步进电机的最初模型起源于1830年至1860年之间，在1870年前后开始了以控制为目的的尝试，便于机构中的传送，这被认为是最初的步进电机。20世纪60年代末，步进电机随着永磁材料的发展，各种实用性的步进电机出现。半导体的技术的迅速发展，步进电机在众多领域的占有重要的位置。我国步进电机的研究及制造始源于50年代末，50年代末期到60年代末期是多以三相反应式步进电机为主。80年代中期多种混合式步进电机以及步进电机驱动被作为成品使用。随着时代的进步，步进电机在人们的生活中应用的也越来越普遍，例如：步进电机作为数控系统的执行部件，应用到实际中的机械加工车床、医疗仪器等。本课题主要研究的是控制步进电机的转速，实现基本的工业上对步进电机的转速控制的要求。在80年代末，步进电机的控制更加灵活，主要表现在：将计算机上的软件和实际中的实物相结合起来，进而达到对步进电机控制。随着信息技术的发展，使用计算机控制步进电机已成必然趋势，也符合了当今时代发展的需要[]。
随着时代的发展，电动机在当今社会中电动机在工业生产、农业生产中，是起着不可忽略的作用。尤其是直流电机中的步进电机，其在各个领域中的利用率得到了很大的提升。在一定的频率范围内，通过改变脉冲的频率可以实现加速、减速、正反转控制。由于这个优势，步进电机作为执行器，被广泛地应用在自动化控制系统中。由此可以看出，当今时代在微电子和计算机发展的推动作用下，对步进电机的需求的递增，比如机械、数控技术中等步进电机都是演示的一个很重要的角色。
1.2课题研究的内容和意义
本课题主要是用单片机来控制步进电机的转速，使用软件和硬件相结合的方法实现本课题所研究的目的。在这个系统中主要是用单片机接口控制步进电机的驱动电路，通过这个电路与步进电机相连接来达到对步进电机的控制。通过按键可以实现整个系统的调速功能。在操作的同时液晶显示器上显示状态、正反转、所设置的速度和当前的速度。跟随着微电子技术和计算机技术发展的推进下，使得各个领域对步进电机的需求的逐渐上升。目前的中国在控制上虽然还不能与发达国家相比较，在数控行业虽然发展水平还不是很高，但是其在我国已经占有较重要的地位。对步进电机本身的研究以及驱动器的研究已经成为热门的一种技术。随着时代的变迁，步进电机将会更贴近人们的生活，将会在工业史上留下它的伟绩。所以本课题只是对步进电机最基础的实用性进行了研究。
本课题研究的主要的优势是（1）通过软件编程将以往的复杂的步进电机控制过程变得简单，而且变得使用方便；（2）能够将具有强大功能的单片机、电源电路、驱动电路、复位电路等，密切的结合在一起。由于步进电机本身的优点，使它成为了一些领域中不可缺少的执行器件。
1.3 本章小结
本章主要介绍了课题的研究背景，主要是讲步进电机在现今社会工业自动化中起着不容小觑的作用，引出了课题研究的内容以及意义，为了使步进电机能够成为各个领域中的更精密的执行器。进一步精装使用闭环控制，提高其应用的效率。
第二章 系统的总体设计方案
2.1总体方案的设计
根据本课题的设计主要是实现对转速的控制，首先是通过单片机的P1^5这个端口产生脉冲，然后将P1^5端口与电机的驱动器的脉冲输入端CLK端口相连接，使得单片机中的脉冲能够输送到驱动器里。在经过驱动器与电机的接口A+AB+B相连接来驱动电机，在通过用连接轴使得编码器与电机轴相连接，来进行对电机的转速的测量。最后通过液晶显示器显示实时的速度。在此过程中通过，使用几个按键来实现对电机的方向、启停以及速度的控制。
选择这个方案：主要是想实现使用闭环来控制步进电机的转速，这个课题设计的主要包括下面的几个部分：单片机模块、电源（供电）模块、驱动模块、显示模块、按键模块等总体的方案设计图，如图2.1所示；各个模块的功能介绍，如下：
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