學習電路仿真:基於proteus電路仿真軟體的步進電機仿真

2020-12-03 21IC中國電子網

本文是電路仿真軟體的進階篇，對於電路仿真軟體的基礎篇，大家可翻閱往期文章哦。本文中，將基於proteus電路仿真軟體的步進電機仿真，一起來了解下吧。

步進電機廣泛應用在生產實踐的各個領域。它最大的應用是在數控工具機的製造中，因為步進電機不需要A/D轉換，能夠直接將數字脈衝信號轉化成為角位移，所以被認為是理想的數控工具機的執行元件。本設計利用proteus仿真軟體進行電路仿真，系統通過設置四個按鍵分別控制不進電機的起止、圈數、方向、不進速度，使用1602液晶顯示以上參數。整個系統具有穩定性好，實用性強，操作界面友好等優點。

步進電機是一種將電脈衝轉變為角位移的執行機構，可通過控制脈衝數來控制角位移量。步進電機廣泛應用在生產實踐的各個領域。它最大的應用是在數控工具機的製造中，因為步進電機不需要A/D轉換，能夠直接將數字脈衝信號轉化成為角位移，所以被認為是理想的數控工具機的執行元件。

一、 Proteus簡介

Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發的電路分析與實物仿真軟體。它運行於Windows作業系統上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟體的特點是：

①實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS232動態仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能;有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。

②支持主流單片機系統的仿真。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系列以及各種外圍晶片。

③提供軟體調試功能。在硬體仿真系統中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態，因此在該軟體仿真系統中，也必須具有這些功能;同時支持第三方的軟體編譯和調試環境，如Keil C51 uVision2等軟體。

④具有強大的原理圖繪製功能。總之，該軟體是一款集單片機和SPICE分析於一身的仿真軟體，功能極其強大。

二、整體電路分析

如下圖，整個設計以STC89C51單片機為中心，由復位電路，時鐘電路，電機驅動，步進電機，顯示電路等組成，硬體模塊如圖2-1所示：

通過按鍵進行相應的參數設定，單片機接收到信號後經過判斷驅動電機驅動模塊，然後由驅動電路驅動步進電機運轉，並用1602顯示設置的參數。

三、系統硬體電路選擇與設計

1、主控器的選擇

按照題目要求本次主控單元使用C51單片機對整個系統進行控制。STC89C51RC包含512位元組RAM 、32條I/O口線、3個16位定時/計數器、8輸入4優先級嵌套中斷結構、1個串行I/O口(可用於多機通信、I/O擴展或全雙工UART)以及片內振蕩器和時鐘電路。此外，由於器件採用了靜態設計，可提供很寬的操作頻率範圍(頻率可降至0)。可實現兩個由軟體選擇的節電模式、空閒模式和掉電模式。空閒模式凍結CPU，但RAM、定時器、串口和中斷系統仍然工作。掉電模式保存RAM的內容，但是凍結振蕩器，導致所有其它的片內功能停止工作。由於設計是靜態的，時鐘可停止而不會丟失用戶數據。運行可從時鐘停止處恢復。所以該單片機可以滿足系統要求，電路圖如下：

2、步進電機選擇

步進電機是一種能夠將電脈衝信號轉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。單相步進電動機有單路電脈衝驅動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅動。多相步進電動機有多相方波脈衝驅動，用途很廣。本設計使用的是四相三拍步進電機，連接圖如下：

3、驅動電路的選擇

驅動模塊我們使用集成驅動晶片ULN2003，給晶片是高耐壓、大電流達林頓管由七個矽NPN 達林頓管組成。該電路的特點如下：ULN2003 的每一對達林頓都串聯一個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準邏輯緩衝器來處理的數據。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，並且能夠在關態時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流並行運行。1腳輸入，16腳輸出，你的負載接在VCC與16腳之間，不用9腳。

ULN2003是大電流驅動陣列，多用於單片機、智能儀表、PLC、數字量輸出卡等控制電路中。可直接驅動繼電器等負載。所以足以滿足驅動步進電機的要求，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 板和驅動集成電路等部件構造成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據，並按指令和數據 的要求進行顯示，外部電路通過這個接口讀出顯示模 塊的工作狀態和顯示數據。1602液晶模塊內部的字 符發生存儲器(CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、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的控制命令，即可 完成清屏、顯示、地址設置等操作 。設計採用並行方式控制，LCD與單片機的通訊接口電路如圖3所示採用直連的方法。

5、鍵盤輸入模塊電路

設計中，鍵盤採用非編碼鍵盤系統中的獨立式按 鍵結構。鍵盤工作方式採用定時掃描方式。採用定時 器TO定時，通過輸出數據，識別按鍵的工作狀態。鍵 盤主要用來提供人機接口，電路如圖3所示，採用獨立 式按鍵電路，各按鍵開關均採用了上拉電阻，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P3.2按下時，步進電機開始加速;當P3.3按下 時，步進電機開始減速;當P3.4按下時，步進電機開始 正轉;當P3.5按下時，步進電機開始反轉。按鍵抖動的消除採用軟體消抖實現。連接圖如下：

軟體SPICE設計硬體Windows作業系統美好，一直在身邊Atmel AVR中央處理器

相關焦點

  • 電路仿真軟體有哪些?6款常用的電路仿真軟體推薦
    一些網友需要下載電路仿真軟體這一類軟體，但是，網絡上尋找電路仿真軟體卻比較麻煩。那麼，電路仿真軟體有哪些？小編今天就給大家整理了6款常用的電路仿真軟體推薦給大家，需要下載電路仿真軟體的網友可以挑選一下！
  • 電路仿真軟體哪個好?7款主流電路仿真軟體優缺點大比拼
    微電子及集成電路技術發展日新月異，離不開EDA電子電路仿真軟體的支持。每天不知有多少電路設計及驗證者，使用著各種電路仿真軟體工具。俗話說，工欲善其事必先利其器，如何挑選合適的電路仿真軟體工具?是決定工作效率的一個關鍵。對於市場上各類電路仿真軟體工具，工程師至少要做到知己知彼，什麼樣的電路仿真軟體工具適合什麼樣的電路設計?各種電路仿真軟體工具的優點及不足?
  • 開源電子電路仿真模擬軟體，加油國產晶片
    今天小編為大家帶來兩款開源的電路仿真軟體——SimulIDE，這款電路仿真軟體不僅可以模擬電路等，還可以模擬AVR單片機。下面一起和小編來看看SimulIDE吧。SimulIDE已經集成了Arduino的編譯調試環境了，除了搭建電路，你還可以在上面寫Arduino代碼，然後運行它。
  • 電路仿真軟體難求?瞅瞅這款免費的電路仿真軟體吧
    一款便於使用的電路仿真軟體往往受到開發者的追捧，但市面上很多電路仿真軟體皆需收費，讓熱愛開發板的朋友望而止步。今天小編為大家帶來一款免費的電路仿真軟體——SimulIDE，這款電路仿真軟體不僅可以模擬電路等，還可以模擬AVR單片機。
  • 基於Matlab GUI的整流電路仿真設計[圖]
    現代計算機仿真技術為電力電子電路的設計和分析提供了嶄新的方法，可以使複雜的電力電子電路、系統的分析和設計變得更加容易和有效。Matlab是一種計算機仿真軟體，它是以矩陣為基礎的交互式程序計算語言。Simulink是基於框圖的仿真平臺，它掛接在Matlab環境上，以Mat lab的強大計算功能為基礎，用直觀的模塊框圖進行仿真和計算。
  • 基於Multisim13的數碼管電路仿真
    一：仿真電路模塊設計電路的時候
  • 電路仿真軟體細談
    電路仿真軟體是進行電路仿真的必備工具，採用合適電路仿真軟體可從一定程度上簡化仿真過程。目前，存在6大流行的電路仿真軟體，本文對Ltspice電路仿真軟體加以介紹，希望大家在閱讀完本文後對Ltspice有一定的了解。
  • 基於OrCAD/PSpice的晶體振蕩電路設計仿真
    在OrCAD／PSpice環境中完成了電路的時域和頻域仿真分析，對影響振蕩電路起振特性的因素進行了探討，進一步驗證了PSpice電路仿真設計的合理性和可靠性。給出了發生電路的振蕩、穩幅波形，測量了振蕩周期和振蕩頻率，並與理論值做出比較。結果表明，設計的振蕩電路波形好，振蕩頻率穩定，易於實現，可廣泛應用於工程設計領域。
  • 四種電路仿真軟體大比拼
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/328168.htm電子電路仿真是指使用數學模型來對電子電路的真實行為進行模擬的工程方法本文簡單分析了4種常用的電子電路仿真軟體，並對它們進行了比較。1.
  • 利用EWB仿真軟體對文氏電橋振蕩電路進行仿真
    目前和電子電路相關的EDA 軟體種類繁多， 一些EDA仿真軟體在理論教學、實驗及電路設計方面發揮了很好的作用， 成為不可缺少的使用工具和開發手段。EWB仿真軟體是常用的EDA 軟體之一，它常用於教學中。
  • 藉助Multisim 10仿真的負反饋放大電路
    本文藉助Multisim 10的仿真平臺，用Multisim仿真分析阻容耦合負反饋放大電路，研究加入負反饋後對放大電路放大倍數和電路參數的影響，比較幅頻和相頻的變化，對研究設計帶負反饋的放大電路具有深遠的現實意義。
  • 電機電控聯合仿真
    前 言在新能源汽車迅猛發展的今天，作為一名驅動系統工程師，無論是做設計、參數匹配還是銷售人員，都需要對電機以及控制做一些了解，本文從電機與電控聯合仿真入手，用通俗易懂的語言來解釋驅動系統仿真領域的一些知識。
  • 電路仿真軟體入門篇,大佬帶你認識Multisim電路仿真軟體圖形界面
    每款電路仿真軟體有各自的特點和優勢，因此不同的開發人員依據需求會選擇不同的電路仿真軟體。據了解，使用最多的電路仿真軟體為Multisim，但這款英文標識以及附帶眾多圖標的電路仿真軟體卻讓許多初入門的開發者備受困擾。下面，小編將帶著大家一同認識下Multisim10的圖形界面。
  • Protel99SE仿真在模擬電路中的應用
    1.2 操作界面友好Protel99SE具有十分友好的操作環境，其仿真環境也是如此。該仿真環境不需複雜的手工輸入只需用戶點點滑鼠，然後再輸入幾個與分析類型有關的參數即可。其特點有：(1)無需手工編寫電路網絡表文件;(2)通過對話框完成電路分析和參數設置;(3)方便直觀地觀察波形信號。
  • 基於Multisim 8的弱信號放大電路的設計與仿真
    4 採用Multisim 8 軟體進行仿真　　4.1 Multisim 8 軟體介紹　　Multisim 8 軟體由加拿大Interactive Image Technology 公司推出的電子電路仿真軟體EWB（ Electronics WorkBench） 發展而來，它繼承了EWB
  • 基於開關平均化模型的PFC電路仿真
    採用此模型進行仿真、具有速度快、實現簡單且與實際電路結合密切的特點。模型的準確性由所建模型與實際電路模型仿真結果的比較得到證實。關鍵詞：PFC仿真平均化1引言　　在電力電子系統的研究中，仿真研究由於其高效、高精度及高的經濟性與可靠性，而得到大量應用。近二十年來，仿真已逐漸成為電力電子CAD的有力工具。
  • 基於Multisim 8的弱信號放大電路的仿真測試
    介紹了ICL7650斬波集成運放的性能，並採用該器件設計了一個弱信號的前置放大電路，通過multisim 8軟體進行仿真和測試，其增益、幅頻特性、信噪比等性能指標都能達到設計的要求。該電路結構簡單，對直流、低頻微弱電信號放大具有一定的參考使用價值。
  • 基於Multisim 10的晶閘管調光電路的設計與仿真分析
    調光電路在日常生活中應用較為廣泛。在教學中，它不僅是學習晶閘管應用的入門電路，也是中級維修電工電子技能實訓的經典項目。調光電路內容涉及廣，具體包括晶閘管、單相半波可控整流電路、單結電晶體觸發電路等工作原理，以及控制角和同步觸發的概念、控制角對被控電壓的影響等。對於學生來說，要理解和掌握這些知識點，藉助傳統的儀器儀表獲取波形圖來分析無疑具有很大的挑戰性。利用Mult isim 10軟體進行實驗仿真，可以動態直觀地觀察不同參數對調光電路性能的影響，對於理解原理，熟悉調試過程具有很大的幫助。
  • 三態門總線傳輸電路的Multisim仿真方案
    摘要：基於探索仿真三態門總線傳輸電路的目的，採用Multisim10仿真軟體對總線連接的三態門分時輪流工作時的波形進行了仿真實驗測試，給出了仿真實驗方案，即用Multisim仿真軟體構成環形計數器產生各個三態門的控制信號、用脈衝信號源產生各個三態門不同輸入數據信號
  • 電子電路設計與仿真工具
    按主要功能或主要應用場合，大致可分為電路設 計與仿真工具、PCB設計軟體、IC設計軟體、PLD設計工具及其它EDA軟體。 電子電路設計與仿真工具 電子電路設計與仿真工具包括： SPICE/PSPICE、EWB、Matlab、SystemView、Multisim、MMICAD等。下面簡單介紹前三個軟體。