基于单片机的步进电机电路控制设计

淮阴工学院毕业设计说明书（论文）

3 系统硬件设计

第 13 页 共 33 页

本设计的硬件电路只要包括控制电路、最小系统、驱动电路、显示电路四大部分。最小系统只要是为了使单片机正常工作。控制电路只要由开关和按键组成，由操作者根据相应的工作需要进行操作。显示电路主要是为了显示电机的工作状态和转速。驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。

3.1控制电路

根据系统的控制要求，控制输入部分设置了启动控制，换向控制，加速控制和减速控制按钮，本电路采用下拉电阻，把电压拉低，拉到GND，稳定低电压。从而更好的控制电路。??控制电路如图3-1所示。当按键的状态变化时，内部程序检测P1.2和P1.3的状态来调用相应的启动和换向程序，发现系统的电机的启动和正反转控制。

根据步进电机的工作原理可以知道，步进电机转速的控制主要是通过控制通入电机的脉冲频率，从而控制电机的转速。对于单片机而言，主要的方法有：软件延时和定时中断在此电路中电机的转速控制主要是通过定时器的中断来实现的，该电路控制电机加速度主要是通过按键控制外部中断根据按键次数，改变速度值存储区中的数据，这样就改变了步进电机的输出脉冲频率，从而改变了电机的转速[4]。

图3-1 控制电路原理图

3.2最小系统

单片机最小系统或者称为最小应用系统，素质用最少的元件组成的单片机可以工

作的系统，对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、复位电路、晶振电路。

复位电路：为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，

淮阴工学院毕业设计说明书（论文）

第 14 页 共 33 页

复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。本复位电路采用手动复位，手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（如图3-2所示）。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

晶振电路：8051单片机的时钟信号通常用两种电路形式电路得到：内部震荡方式和外部中断方式。在引脚XTAL1和XTAL2外部接晶振电路器（简称晶振）或陶瓷晶振器，就构成了内部晶振方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如图所示。其电容值一般在5~30pf,晶振频率的典型值为12MHz,采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路实用较多[9]。

图3-2复位及时钟振荡电路

淮阴工学院毕业设计说明书（论文）

3.3驱动控制电路

第 15 页 共 33 页

通过L298和L297构成比较多的驱动电路，电路图如图3-3所示。通过L297的A~D单输出脉冲到L298的IN1~IN4口，经信号放大后从OUT1~OUT4口分别输出到电机的A、B、C、D相[10]。

图3-3 步进电机驱动电路

3.4显示电路

在该步进电机的控制器中，电机可以正反转，可以加速、减速，其中电机转速的等级分为七级，为了方便知道电机的运行状态和电机的转速的等级，这里设计了电机转速和电机的工作状态的显示电路。本电路采用上拉电阻，拉到VCC??，稳定高电位，从而更好地控制显示电路。在显示电路中，主要是利用了单片机的P0口和P2口。第一个数码管接的D0，D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8分别接P0.0~P0.7口，用于显示电机正反转和速度状态，正转时显示“CW”，反转时显示“ICW”，加速时速度随机增加，减速时以速度随机减小，当减速到最小速度时停止减小。P2.0，P2.1，P2.2分别RS（寄存器选择），RW（读写信号线），E（使能端）接显示电路如图3-4所示[12]。

淮阴工学院毕业设计说明书（论文）

第 16 页 共 33 页

图3-4 显示电路

3.5总体电路

把各个部分的电路图组合成总电路图，如图3-5所示。

图3-5 总体电路图