單片機課程設(shè)計——基于單片機的步進電機控制器設(shè)計.doc

一、設(shè)計目的通過具體小型測試系統(tǒng)設(shè)計，實踐單片機系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試的全過程，以加深對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能和指令系統(tǒng)的理解，并進一步學(xué)習(xí)單片機開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用及一些外圍芯片的接口和編程方法，初步掌握單片機系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計技術(shù)及調(diào)試技巧。二、設(shè)計要求1）電機轉(zhuǎn)速可以平穩(wěn)控制2）通過鍵盤和顯示器可以設(shè)置電機的轉(zhuǎn)速3）顯示電機的速度趨勢三、儀器設(shè)備名稱型號數(shù)量單片機STC89C521步進電機28BYJ481液晶LCD128641步進電機驅(qū)動ULN2003A1晶振1電容、電阻、微動開關(guān)若干四、硬件線路圖（1）單片機最小系統(tǒng)上圖所示為單片機最小系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過5V直流電源供電，可上電復(fù)位和手動復(fù)位。通過串口將程序燒寫到單片機。（2）步進電機驅(qū)動電路由于步進電機運轉(zhuǎn)時所需電流較大，而單片機引腳提供的電流較小，所以單片機與步進電機間需要加上驅(qū)動芯片ULN2003A，如上圖所示，通過單片機的P1口控制步進電機的運轉(zhuǎn)。（3）顯示電路該系統(tǒng)用LCD12864作為顯示器，12864內(nèi)置字庫，每屏可顯示32個漢字，且編程容易，該系統(tǒng)中可用于顯示開機界面，電機轉(zhuǎn)速，速度變化趨勢等。其接口如圖所示。（4）按鍵電路由于系統(tǒng)所用按鍵較少，所以鍵盤采用獨立按鍵形式，每個按鍵都有上拉電阻，提高了按鍵的穩(wěn)定性。五、主要芯片說明（1）STC89C52STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。 （2）ULN2003ULN2003是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管，由七個硅NPN 復(fù)合晶體管組成。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。ULN2003是一個非門電路，包含7個單元，單獨每個單元驅(qū)動電流最大可達(dá)350mA，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。 六、系統(tǒng)工作原理（1）步進電機工作原理步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。 雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。如圖步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對 齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。（2）步進電機調(diào)速原理步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件。步進電動機的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進運動。正常運動情況下，它每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù)；做連續(xù)步進運動時，其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負(fù)載變化的影響。在步進電機工作方式確定后，其在每個脈沖下前進1步，因此只要改變給脈沖間的時間間隔即可改變步進電機的速度。程序中通過在每次脈沖后加可調(diào)時間延時來控制步進電機的速度。（3）系統(tǒng)工作原理該系統(tǒng)可實現(xiàn)開機界面，步進電機工作方式選擇，步進電機加速、減速，顯示器可顯示步進電機速度變化趨勢，步進電機理論轉(zhuǎn)速。開機后，系統(tǒng)進入開機界面，通過以下函數(shù)實現(xiàn)： writestring(0,0,8,歡迎使用); writestring(1,0,16,步進電機控制器); delay(2000); write(0x01,0); /清屏delay(100); writestring(1,0,16,請選擇工作方式);稍作延時后系統(tǒng)提示選擇步進電機的工作方式，包括單相四拍，雙相四拍和四相八拍共三種工作方式。while(m) if(key1=0) delay(5); if(key1=0)n+; if(n=1) write(0x01,0);delay(100); writestring(1,2,8,單相四拍);while(n=1) for(i=0;i4;i+) P1=string1i; delay(1); if(key1=0) break; if(key4=0) m=0;break; if(n=2) write(0x01,0);delay(100); writestring(1,2,8,雙相四拍); while(n=2) for(i=0;i4;i+) P1=string2i; delay(1); if(key1=0) break; if(key4=0) m=0;break; if(n=3) write(0x01,0); delay(100); writestring(1,2,8,四相八拍);while(n=3) for(i=0;i3)n=0;按鍵1為工作方式選擇鍵，每次按下設(shè)定參數(shù)加1，程序檢測給定參數(shù)的值，從而控制步進電機做相應(yīng)運動，按鍵4為退出鍵，工作方式子函數(shù)中實時檢測按鍵4的狀態(tài)，但按鍵4按下時，程序跳出當(dāng)前循環(huán)，回到主程序，步進電機停轉(zhuǎn)，液晶顯示器從現(xiàn)實工作方式信息跳到下一環(huán)節(jié)。上述功能跳出后，系統(tǒng)進入調(diào)速功能，此時步進電機以一定的速度運轉(zhuǎn)，液晶顯示此時電機的理論速度。當(dāng)按鍵2按下時，步進電機每步間延時減小，電機加速；當(dāng)按鍵3按下時，步進電機每步間延時增加，步進電機減速，同時12864實時顯示步進電機速度及速度變化趨勢。該功能函數(shù)同樣檢測按鍵4的狀態(tài)，當(dāng)按鍵4按下時，系統(tǒng)退出，步進電機停轉(zhuǎn)。七、程序框圖退出加速減速檢測按鍵2、3、4調(diào)速界面檢測按鍵4單相四拍四相八拍雙相四拍檢測按鍵1上電后系統(tǒng)進入開機界面，等待選擇工作方式123YYYYKey2 Key3 Key4八、程序清單#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit RS=P20;sbit RW=P21;sbit E=P22;sbit key1=P23;sbit key2=P24;sbit key3=P25;sbit key4=P26;uchar i,time=10,m=1,sudu;static uchar n=0;uchar string1=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /單相四拍uchar string2=0xfc,0xf9,0xf3,0xf6; /雙相四拍uchar string3=0xfe,0xfc,0xfd,0xf9,0xfb,0xf3,0xf7,0xf6; /四相八拍uchar sudu13; /速度暫存void write(uchar,bit);void writestring(uchar,uchar,uchar,uchar *p);void init();void delay(uint);void main()init(); writestring(0,0,12, 歡迎使用); writestring(1,0,16,步進電機控制器); delay(2000); write(0x01,0); /清屏delay(100); writestring(1,0,16,請選擇工作方式); while(m) if(key1=0) delay(5); if(key1=0)n+; if(n=1) write(0x01,0);delay(100); writestring(1,2,8,單相四拍);while(n=1) for(i=0;i4;i+) P1=string1i;delay(1); if(key1=0) break;if(key4=0) m=0;break; if(n=2) write(0x01,0);delay(100); writestring(1,2,8,雙相四拍); while(n=2)for(i=0;i4;i+) P1=string2i; delay(1); if(key1=0) break;if(key4=0) m=0;break; if(n=3) write(0x01,0); delay(100); writestring(1,2,8,四相八拍);while(n=3) for(i=0;i3)n=0; write(0x01,0); delay(1000); writestring(0,2,8,調(diào)速控制); while(1) writestring(1,0,6,轉(zhuǎn)速：); writestring(1,5,5,r/min); writestring(2,0,10,速度趨勢：); if(key3=0) /點動減速 delay(5); if(key3=0) time+; writestring(2,5,4,減速); if(time=30) time=10; if(key2=0) /點動加速 delay(5); if(key2=0) time-; writestring(2,5,4,加速); if(time=1) time=1;for(i=0;i0;x-)for(y=z;y0;y-);void write(uchar dat,bit command)/寫函數(shù)P0=dat;RS=command;RW=0;E=1;E=0;void init()/初始化write(0x38,0); /8位點陣顯示write(0x01,0);write(0x0c,0); /開顯示關(guān)光標(biāo)void writestring(uchar x,uchar y,uchar z,uchar *p)/寫字符串 uchar i;if(x=1) x=2;else if(x=2) x=1;write(0x80+8*x+y,0);for(i=0;iz;i+)write(*p,1); p+;九、設(shè)計體會這次單片機課程設(shè)計不僅復(fù)習(xí)鞏固了學(xué)到的知識，還擴展了知識。通過這次課程設(shè)計，我們從純理論的人是上升到了實踐認(rèn)識，鍛煉了創(chuàng)造能力，獨立思考能力，動手能力和整合能力，過程雖然很曲折和艱難，但是結(jié)果還是很令人滿意。通過這次的實踐，鞏固了對單片機的功能應(yīng)用、原理和指令系統(tǒng)的掌握，復(fù)習(xí)了protel99SE 原理圖的制作，熟悉了上機調(diào)試的全過程。袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿