單片機(jī)基于80C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

1、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2014課程設(shè)計(jì)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院 本 科 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目:基于80C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 系 別信息工程系學(xué)生姓名專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師職 稱講師2014 年6 月 11 日摘 要本文研究基于51系列單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、終端接收，該系統(tǒng)以匯編語(yǔ)言為單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序語(yǔ)言，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，主要任務(wù)是把二進(jìn)制數(shù)變成脈沖序列，按相序輸入脈沖以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而達(dá)到高效、節(jié)能的控制步進(jìn)電機(jī)工作的目的,該系統(tǒng)具有成本低、控制方便的特點(diǎn)。使用單片

2、機(jī)驅(qū)動(dòng)四相步進(jìn)電機(jī)，控制步進(jìn)電機(jī)以四相八拍的方式運(yùn)行，來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正向/反向旋轉(zhuǎn)，P1.0P1.3分別控制步進(jìn)電機(jī)；P1.5P1.7分別控制步進(jìn)電機(jī)的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵詞： 51單片機(jī) ；步進(jìn)電機(jī) ；數(shù)據(jù)采集 ；匯編語(yǔ)言 ； 目 錄摘要01 設(shè)計(jì)目的12設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求13 總體設(shè)計(jì)方案13.1整體方案13.2具體方案實(shí)現(xiàn)14系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)24.1復(fù)位電路24.2晶振電路24.3按鍵電路34.4指示燈電路34.5驅(qū)動(dòng)電路44.6步進(jìn)電機(jī)45程序軟件設(shè)計(jì)55.1程序流程圖55.2源程序66系統(tǒng)調(diào)試與仿真77總結(jié)81設(shè)計(jì)目的1掌握單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的硬件接口電路。2掌握步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和

3、調(diào)試方法。3熟悉步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作特性。2設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1查閱資料，了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理。2通過(guò)單片機(jī)給定參數(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。3通過(guò)按鈕控制正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。3總體設(shè)計(jì)方案3.1整體方案本系統(tǒng)主要是由AT89C51，步進(jìn)電機(jī)控制器ULN2004，步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)單片機(jī)編程，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制的脈沖分配，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)以及停止等功能3.2具體實(shí)現(xiàn)方案 根據(jù)系統(tǒng)要求畫(huà)出單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的控制框圖，見(jiàn)下圖。系統(tǒng)包括單片機(jī)、按鍵、驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)。80c51單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)始通電后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，單片機(jī)分別接有按鈕開(kāi)關(guān)正，反，停用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。當(dāng)按下正后，電機(jī)正

4、轉(zhuǎn)；當(dāng)按下反后，電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)按下停，電機(jī)停轉(zhuǎn)。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由單片機(jī)主控模塊、復(fù)位電路模塊、晶振電路模塊、獨(dú)立鍵盤(pán)電路模塊、指示燈電路模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊等組成，下面將對(duì)各模塊作簡(jiǎn)要介紹。4.1復(fù)位電路為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。AT89C52 的復(fù)位端是一個(gè)施密特觸發(fā)輸入，高電平有效3。RST端如果由低電平上升到高電平并持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期，系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)一次復(fù)位操作。此復(fù)位電路中，上電或按一下復(fù)位開(kāi)關(guān)都能在RST端出現(xiàn)一段時(shí)間的高電平，使系統(tǒng)復(fù)位。如圖1示。圖表 14.2晶振電路每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全稱

5、是叫晶體振蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步6。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。本次設(shè)計(jì)的晶振其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為芯片引腳XTAL2。通過(guò)這兩個(gè)引腳在芯片外并接12MHz晶振和兩只30F的電容，這樣就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖2示。圖表 24.3按鍵電路本設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)電路由3獨(dú)立按鍵組成，如圖3示

6、。圖表 3功能如下：正：正轉(zhuǎn)鍵。按下時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。反：反轉(zhuǎn)鍵。按下時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。停：停止鍵。運(yùn)行狀態(tài)按下此鍵即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。4.4指示燈電路 指示燈電路包括D1、D2、D3、D4四個(gè)LED燈組成，分別串聯(lián)一個(gè)分別串聯(lián)一個(gè)電阻，提供穩(wěn)定的電壓與電流。圖表 44.5驅(qū)動(dòng)電路模塊 驅(qū)動(dòng)電路模塊包括四個(gè)非門(mén)和unl2003，通過(guò)脈沖讓步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖表 54.6步進(jìn)電機(jī) 有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來(lái)驅(qū)動(dòng)。若每旋轉(zhuǎn)一圈以20 個(gè)勵(lì)磁信號(hào)來(lái)計(jì)算，則每個(gè)勵(lì)磁信號(hào)前進(jìn)18 度，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來(lái)控制。勵(lì)磁方式可分為全部勵(lì)磁及半步勵(lì)磁，其中全步

7、勵(lì)磁又有1 相勵(lì)磁及2相勵(lì)磁之分，而半步勵(lì)磁又稱1-2 相勵(lì)磁。圖為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制等效電路，適應(yīng)控制A、B、/A、/B 的勵(lì)磁信號(hào)，即可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。每輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號(hào)，即可步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。勵(lì)磁順序： AABBBCCCDDDAA。圖表 65 程序軟件設(shè)計(jì)5.1程序流程圖本設(shè)計(jì)中采用了主程序調(diào)用各個(gè)子程序的方法。包括對(duì)系統(tǒng)初始化和對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行初始化，并使硬件處于準(zhǔn)備開(kāi)始的狀態(tài)。掃描是否有按鍵按下，有則跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序執(zhí)行，沒(méi)有則循環(huán)等待。子程序采用查表法獲取數(shù)值，使得單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。具體程序流程圖如下。 開(kāi)始

8、步進(jìn)電機(jī)停止掃描是否按鍵Y正轉(zhuǎn)模塊按下正轉(zhuǎn)了嗎？NY反轉(zhuǎn)模塊按下反轉(zhuǎn)了嗎？讀取表格NY步進(jìn)電機(jī)停止按下停止了嗎？輸出結(jié)束5.2源程序 ORG 0000 LJMP START ORG 0100HSTART: LOOP: MOV P1,#00H ; 步進(jìn)電機(jī)停止 ORL P1,#0E0H MOV A,P1 JB ACC.5,STOP ; 停止 JB ACC.6,FOR ; 正轉(zhuǎn) JB ACC.7,rev ; 反轉(zhuǎn) JMP LOOP ; FOR: MOV R0, #00H ; 正轉(zhuǎn)到tab取碼指針初值for1: MOV A,R0 ; 取碼 MOV DPTR,#TABLE ; MOVC A,A+DPT

9、R JZ LOOP ; 是否到了結(jié)束碼00h CPL A ;把a(bǔ)cc反向 MOV P1,A ;輸出到p1開(kāi)始正轉(zhuǎn) ACALL DELAY ;轉(zhuǎn)動(dòng)的速度 INC R0 ;取下一個(gè)碼 JMP FOR1 ;繼續(xù)正轉(zhuǎn)rev: MOV R0,#09H ;反轉(zhuǎn)到tab取碼指針初值rev1: MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE ;取碼 MOVC A,A+DPTR JZ LOOP ;是否到了結(jié)束碼00h CPL A ;把a(bǔ)cc反向 MOV P1,A ;輸出到p1開(kāi)始反轉(zhuǎn) ACALL DELAY ;轉(zhuǎn)動(dòng)的速度 INC R0 ;取下一個(gè)碼 JMP REV1 ;繼續(xù)反轉(zhuǎn)stop: MOV P1, #0

10、0H JMP LOOPDELAY: MOV R1,#150 ;步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速20msD1: MOV R2,#248 DJNZ R2,$ DJNZ R1,D1 RETTABLE: db 01h,03h,04h,06h,04h,12h,08h,09h ;正轉(zhuǎn)表 db 00 ;正轉(zhuǎn)結(jié)束 db 01h,09h,08h,12h,04h,06h,04h,03h ;反轉(zhuǎn) db 00 ;反轉(zhuǎn)結(jié)束 END6 系統(tǒng)調(diào)試與仿真7 總結(jié) 主要以單片機(jī)為基礎(chǔ)，用單片機(jī)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，熟悉單片機(jī)的一般搭建電路，了解一般電子電路與單片機(jī)構(gòu)成簡(jiǎn)單系統(tǒng)及簡(jiǎn)單編程的方法。進(jìn)一步加深對(duì)單片機(jī)常用指令的理解與運(yùn)用。能夠較熟練的運(yùn)用protues繪制電路原理圖以及進(jìn)行仿真。在課設(shè)過(guò)程中，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題、全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面有了很大的提高。同時(shí)在老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力，單片機(jī)領(lǐng)域?qū)ξ医窈筮M(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)有極大的幫助，使我們積累實(shí)際電子制作經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到學(xué)以致用的目的，真正的吧理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，讓我們進(jìn)一步體驗(yàn)到實(shí)踐的重要性。對(duì)我們以后的工作有很大的幫，同時(shí)鍛煉了我們團(tuán)