步進(jìn)電機廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在數(shù)控機床的制造中，因為步進(jìn)電機不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機床的執(zhí)行元件。本設(shè)計利用proteus仿真軟件進(jìn)行電路仿真，系統(tǒng)通過設(shè)置四個按鍵分別控制不進(jìn)電機的起止、圈數(shù)、方向、不進(jìn)速度，使用1602液晶顯示以上參數(shù)。整個系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，實用性強，操作界面友好等優(yōu)點。

步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频膱?zhí)行機構(gòu)，可通過控制脈沖數(shù)來控制角位移量。步進(jìn)電機廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實踐的各個領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在數(shù)控機床的制造中，因為步進(jìn)電機不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機床的執(zhí)行元件。

一、 Proteus簡介

Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：

①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(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、信號發(fā)生器等。

②支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：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。

③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)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、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；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。

④具有強大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。

二、整體電路分析

如下圖，整個設(shè)計以STC89C51單片機為中心，由復(fù)位電路，時鐘電路，電機驅(qū)動，步進(jìn)電機，顯示電路等組成，硬件模塊如圖2-1所示：

通過按鍵進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定，單片機接收到信號后經(jīng)過判斷驅(qū)動電機驅(qū)動模塊，然后由驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機運轉(zhuǎn)，并用1602顯示設(shè)置的參數(shù)。

三、系統(tǒng)硬件電路選擇與設(shè)計

1、主控器的選擇

按照題目要求本次主控單元使用C51單片機對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制。STC89C51RC包含512字節(jié)RAM 、32條I/O口線、3個16位定時/計數(shù)器、8輸入4優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1個串行I/O口（可用于多機通信、I/O擴展或全雙工UART）以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計，可提供很寬的操作頻率范圍（頻率可降至0）。可實現(xiàn)兩個由軟件選擇的節(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)計是靜態(tài)的，時鐘可停止而不會丟失用戶數(shù)據(jù)。運行可從時鐘停止處恢復(fù)。所以該單片機可以滿足系統(tǒng)要求，電路圖如下：

2、步進(jìn)電機選擇

步進(jìn)電機是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件，它實際上是一種單相或多相同步電動機。單相步進(jìn)電動機有單路電脈沖驅(qū)動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動。多相步進(jìn)電動機有多相方波脈沖驅(qū)動，用途很廣。本設(shè)計使用的是四相三拍步進(jìn)電機，連接圖如下：

3、驅(qū)動電路的選擇

驅(qū)動模塊我們使用集成驅(qū)動芯片ULN2003，給芯片是高耐壓、大電流達(dá)林頓管由七個硅NPN 達(dá)林頓管組成。該電路的特點如下：ULN2003 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個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)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。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是大電流驅(qū)動陣列，多用于單片機、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動繼電器等負(fù)載。所以足以滿足驅(qū)動步進(jìn)電機的要求，連接圖如下：

4、顯示電路的

LCD顯示模塊是把LCD顯示屏、背景光源、線路 板和驅(qū)動集成電路等部件構(gòu)造成1個整體作為1個獨 立部件使用，只留1個接口與外部通信。顯示模塊通 過這個接口接收顯示的命令和數(shù)據(jù)，并按指令和數(shù)據(jù) 的要求進(jìn)行顯示，外部電路通過這個接口讀出顯示模 塊的工作狀態(tài)和顯示數(shù)據(jù)。1602液晶模塊內(nèi)部的字 符發(fā)生存儲器（CGROM）已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大 小寫、常用的符號和日文假名等，每1個字符都有1個 固定的代碼。用戶對模塊寫入適當(dāng)?shù)目刂泼?，即?完成清屏、顯示、地址設(shè)置等操作 。設(shè)計采用并行方式控制，LCD與單片機的通訊接口電路如圖3所示采用直連的方法。

5鍵盤輸入模塊電路

設(shè)計中，鍵盤采用非編碼鍵盤系統(tǒng)中的獨立式按 鍵結(jié)構(gòu)。鍵盤工作方式采用定時掃描方式。采用定時 器TO定時，通過輸出數(shù)據(jù)，識別按鍵的工作狀態(tài)。鍵 盤主要用來提供人機接口，電路如圖3所示，采用獨立 式按鍵電路，各按鍵開關(guān)均采用了上拉電阻，保證在按 鍵斷開時，各I／O有確定的高電平。按鍵功定義如 下：當(dāng)P3．2按下時，步進(jìn)電機開始加速；當(dāng)P3．3按下 時，步進(jìn)電機開始減速；當(dāng)P3．4按下時，步進(jìn)電機開始 正轉(zhuǎn)；當(dāng)P3．5按下時，步進(jìn)電機開始反轉(zhuǎn)。按鍵抖動的消除采用軟件消抖實現(xiàn)。連接圖如下：