步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在數(shù)控機(jī)床的制造中，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件。本設(shè)計(jì)利用proteus仿真軟件進(jìn)行電路仿真，系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置四個(gè)按鍵分別控制不進(jìn)電機(jī)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(gè)系統(tǒng)具有穩(wěn)定性好，實(shí)用性強(qiáng)，操作界面友好等優(yōu)點(diǎn)。

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频膱?zhí)行機(jī)構(gòu)，可通過(guò)控制脈沖數(shù)來(lái)控制角位移量。步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在數(shù)控機(jī)床的制造中，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不需要A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件。

一、 Proteus簡(jiǎn)介

Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)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(diǎn)是：

①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)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(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)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(hào)發(fā)生器等。

②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)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(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)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(shí)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(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。

二、整體電路分析

如下圖，整個(gè)設(shè)計(jì)以STC89C51單片機(jī)為中心，由復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)，顯示電路等組成，硬件模塊如圖2-1所示：

通過(guò)按鍵進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定，單片機(jī)接收到信號(hào)后經(jīng)過(guò)判斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，然后由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)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(jì)

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(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。STC89C51RC包含512字節(jié)RAM 、32條I/O口線、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、8輸入4優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)串行I/O口（可用于多機(jī)通信、I/O擴(kuò)展或全雙工UART）以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計(jì)，可提供很寬的操作頻率范圍（頻率可降至0）?？蓪?shí)現(xiàn)兩個(gè)由軟件選擇的節(jié)電模式、空閑模式和掉電模式。空閑模式凍結(jié)CPU，但RAM、定時(shí)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(jì)是靜態(tài)的，時(shí)鐘可停止而不會(huì)丟失用戶數(shù)據(jù)。運(yùn)行可從時(shí)鐘停止處恢復(fù)。所以該單片機(jī)可以滿足系統(tǒng)要求，電路圖如下：

2、步進(jìn)電機(jī)選擇

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

3、驅(qū)動(dòng)電路的選擇

驅(qū)動(dòng)模塊我們使用集成驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003，給芯片是高耐壓、大電流達(dá)林頓管由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下：ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)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(lái)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(shí)承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)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(dòng)陣列，多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。所以足以滿足驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)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(dòng)集成電路等部件構(gòu)造成1個(gè)整體作為1個(gè)獨(dú) 立部件使用，只留1個(gè)接口與外部通信。顯示模塊通 過(guò)這個(gè)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(guò)這個(gè)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(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)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(hào)和日文假名等，每1個(gè)字符都有1個(gè) 固定的代碼。用戶對(duì)模塊寫入適當(dāng)?shù)目刂泼睿纯?完成清屏、顯示、地址設(shè)置等操作 。設(shè)計(jì)采用并行方式控制，LCD與單片機(jī)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(jì)中，鍵盤采用非編碼鍵盤系統(tǒng)中的獨(dú)立式按 鍵結(jié)構(gòu)。鍵盤工作方式采用定時(shí)掃描方式。采用定時(shí) 器TO定時(shí)，通過(guò)輸出數(shù)據(jù)，識(shí)別按鍵的工作狀態(tài)。鍵 盤主要用來(lái)提供人機(jī)接口，電路如圖3所示，采用獨(dú)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(shí)，各I／O有確定的高電平。按鍵功定義如 下：當(dāng)P3．2按下時(shí)，步進(jìn)電機(jī)開始加速；當(dāng)P3．3按下 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)開始減速；當(dāng)P3．4按下時(shí)，步進(jìn)電機(jī)開始 正轉(zhuǎn)；當(dāng)P3．5按下時(shí)，步進(jìn)電機(jī)開始反轉(zhuǎn)。按鍵抖動(dòng)的消除采用軟件消抖實(shí)現(xiàn)。連接圖如下：

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1、軟件流程圖

proteus中的步進(jìn)電機(jī)有兩種，

六線制（MOTOR-STEPPER）和四線制（MOTOR-BISTEPPER），六線制的左右中間兩根線接電源，任然剩下四根，但的順序和四線制的不同，見(jiàn)下圖。 注意a，b，c，d的順序

在實(shí)際情況中，單片機(jī)是不能直接拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的，需用ULN2003這樣的器件 兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)都是四相電機(jī)。 如果用四拍：

那么P2輸出的（順時(shí)針）順序就是：0x03，0x06，0x0c，0x09

a 1 0 0 1

b 1 1 0 0

c 0 1 1 0

d 0 0 1 1

如果用八拍：

那么P2輸出的（順時(shí)針）順序就是：0x01，0x03，0x02，0x06，0x04，0x0c，0x08，0x09

a 1 1 0 0 0 0 0 1

b 0 1 1 1 0 0 0 0

c 0 0 0 1 1 1 0 0

d 0 0 0 0 0 1 1 1

給一個(gè)測(cè)試八拍的仿真程序：

#include《reg52.h》

main（）{

while（1）{

unsigned int i，j，k;

for（k=0;k《255;k++）{

for（i=0;i《75;i++）

for（j=0;j《255;j++）;

P2=0x01;

for（i=0;i《75;i++）

for（j=0;j《255;j++）;

P2=0x03;

for（i=0;i《75;i++）

for（j=0;j《255;j++）;

P2=0x02;

for（i=0;i《75;i++）

for（j=0;j《255;j++）;

P2=0x06;

for（i=0;i《75;i++）

for（j=0;j《255;j++）;

P2=0x04;

for（i=0;i《75;i++）

for（j=0;j《255;j++）;

P2=0x0c;

for（i=0;i《75;i++）

for（j=0;j《255;j++）;

P2=0x08;

for（i=0;i《75;i++）

for（j=0;j《255;j++）;

P2=0x09;

}

}

}