單片機課程設(shè)計報告——單片機控制步進電機

1、江西農(nóng)大單片機原理及應(yīng)用課程設(shè)計報告 設(shè)計課題： 單片機控制步進電機 專業(yè)班級： 信工091班 學(xué)生姓名： 崔* 指導(dǎo)教師： 何老師 2012 年 5 月目 錄目 錄11 設(shè)計任務(wù)書21.1 基本設(shè)計要求21.2 選作項目22 設(shè)計闡明32.1設(shè)計內(nèi)容32.2設(shè)計要求32.3設(shè)備及工作環(huán)境33 系統(tǒng)方案整體設(shè)計43.1 設(shè)計思路44 硬件設(shè)計64.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計64.1.1 最小單片機系統(tǒng)64.1.2 鍵盤設(shè)計64.2 系統(tǒng)工作原理論述75 軟件設(shè)計95.1 分析論證95.1.1 步進電機運行驅(qū)動模塊95.1.2 溫度采集模塊95.1.3 主函數(shù)模塊95.1.4 整體功效95.2 程序流程圖

2、105.3程序清單116 調(diào)試過程及分析187 設(shè)計總結(jié)19參 考 文 獻201 設(shè)計任務(wù)書1.1 基本設(shè)計要求（1）用萬能板、主芯片AT89S52、35BYJ412步進電機、BLN2003以及其他周圍原件芯片完成實驗設(shè)計。（2）程序的首地址應(yīng)使目標機可以直接運行，即從0000H開端。在主程序的開端部分必須設(shè)置一個合適的棧底。程序放置的地址須持續(xù)且靠前，不要在中間留下大批的空間地址，以使目標機可以應(yīng)用較少的硬件資源。（3）采用單片機控制一個三相單三拍的步進電機工作。步進電機的旋轉(zhuǎn)方向由正反轉(zhuǎn)控制信號控制。步進電機的步數(shù)由鍵盤輸入，可輸入的步數(shù)分別為3、6、9、12、15、18、21、24和27

3、步，且鍵盤具有鍵盤鎖功能，當鍵盤上鎖時，步進電機不接受輸入步數(shù)，也不會運轉(zhuǎn)。只有當鍵盤鎖打開并輸入步數(shù)時，步進電機才開始工作。（4）電機運轉(zhuǎn)的時候有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)指示燈指示。（5）電機在運轉(zhuǎn)過程中，如果過熱，則電機停止運轉(zhuǎn)，同時紅色指示燈亮，同時警報響。本題目的關(guān)鍵之處是：如何生成控制步進電機的脈沖序列。1.2 選作項目 1、用單片機（AT89S52）為主芯片設(shè)計電路來控制步進電機。2、設(shè)三個自鎖按鍵，分別作開關(guān)鍵盤、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)控制。3、設(shè)9個觸電按鍵分別控制輸入的步數(shù)為3、6、9、12、15、18、21、24和27步。4、設(shè)置一片LCD12864顯示器實時顯示步進電機工作狀態(tài)，并提示用戶步操作。

4、2 設(shè)計闡明2.1設(shè)計內(nèi)容用ZY15MCU12BD型綜合單片機實驗箱仿真實現(xiàn)控制步進電機集采問過程。2.2設(shè)計要求（1）采用單片機控制一個三相單三拍的步進電機工作。步進電機的旋轉(zhuǎn)方向由正反轉(zhuǎn)控制信號控制。步進電機的步數(shù)由鍵盤輸入，可輸入的步數(shù)分別為3、6、9、12、15、18、21、24和27步，且鍵盤具有鍵盤鎖功能，當鍵盤上鎖時，步進電機不接受輸入步數(shù)，也不會運轉(zhuǎn)。只有當鍵盤鎖打開并輸入步數(shù)時，步進電機才開始工作。（2）電機運轉(zhuǎn)的時候有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)指示燈指示。（3） 電機在運轉(zhuǎn)過程中，如果過熱，則電機停止運轉(zhuǎn)，同時紅色指示燈亮，同時警報響。（4） 上機調(diào)試程序。（5） 寫出設(shè)計報告。2.3設(shè)備

5、及工作環(huán)境 (1) 硬件：AT89S52單片機一片、35BYJ412步進電機一臺、ISP下載器一個、LCD12864顯示器、溫度傳感器18B20芯片。 (2) 軟件：Windows操縱系統(tǒng)、Keil C51軟件。3 系統(tǒng)方案整體設(shè)計3.1 設(shè)計思路步進電機的不同驅(qū)動方式，都是在工作時，脈沖信號按一定順序輪流加到三相繞組上，從而實現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。由于通電順序不同，其運行方式有三相單三相拍、三相雙三拍和三相單、雙六拍三種（注意：上面“三相單三拍”中的“三相”指定子有三相繞組；“拍”是指定子繞組改變一次通電方式；“三拍”表示通電三次完成一個循環(huán)?！叭嚯p三拍”中的“雙”是指同時有兩相繞組通電）。（

6、1）三相單三拍運行方式：下頁圖所示為反應(yīng)式步進電動機工作原理圖，若通過脈沖分配器輸出的第一個脈沖使A相繞組通電，B,C相繞組不通電，在A相繞組通電后產(chǎn)生的磁場將使轉(zhuǎn)子 上產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子的1、3齒將與定子磁極對齊，如果圖（a）所示。第二個脈沖到來，使B相繞組通電，而A、C相繞組不通電；B相繞組產(chǎn)生的磁場將 使轉(zhuǎn)子的2、4齒與B相磁極對齊，如圖（b）所示，與圖（a）相比，轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動了一個角度。第三個脈沖到來后，是C相繞組通電，而 A、B相不通電，這時轉(zhuǎn)子的1、3齒會與C組對齊，轉(zhuǎn)子的位置如圖（c)所示，與圖（b)比較，又逆時針轉(zhuǎn)過了一個角度。圖 反應(yīng)式步進電機工作原理圖當脈沖不斷到來時

7、，通過分配器使定子的繞組按著A相-B相-C相-A相的規(guī)律不斷地接通與斷開，這時步進電動機的轉(zhuǎn)子就連續(xù)不停地一步步的逆時 針方向轉(zhuǎn)動。如果改變步進電動機的轉(zhuǎn)動方向，只要將定子各繞組通電的順序改為A相-C相-B相-A相，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向即改為順時針方向。 單三拍分配方式時，步進電動機由A相通電轉(zhuǎn)換到B相同點，步進電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度，稱為一步。這時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度是30度。步進電動機每一步轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。（2）三相雙三拍運行方式三相雙三拍運行方式：每次都有兩個繞組通電，通電方式是AB-BC-CA-AB，如果通電順序改為AB-CA-BC-AB則步進電機反轉(zhuǎn)。雙三拍分配方式時，步進電動機的步距角也

8、是30度 （3）三相單，雙六拍運行方式：三相六拍分配方式就是每個周期內(nèi)有六個通電狀態(tài)。這六中通電狀態(tài)的順序可以使A-AB-B-BC-C-CA-A或者A- CA-C-BC-B-AB-A六拍通電方式中，有一個時刻兩個繞組同時通電，這是轉(zhuǎn)子齒的位置將位于通電的兩相的中間位置。在三相六拍分配 方式下，轉(zhuǎn)子每一步轉(zhuǎn)過的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是15度。單三拍運行的突出問題是每次只有一相繞組通電，在轉(zhuǎn)換過程中，一相繞組斷電，另一相繞組通電，容易發(fā)生失步；另外單靠一相繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，穩(wěn)定性不好，容易在平衡位置附近震蕩，故用的較少。 雙三拍運行的特點是每次都有兩相繞組通電，且在轉(zhuǎn)換過程中始終有一

9、相繞組保持通電狀態(tài)，因此工作穩(wěn)定，且步距角與單三拍相同。 六拍運行方式轉(zhuǎn)換時始終有一相繞組通電，且步距角較小，故工作穩(wěn)定性好，但電源較復(fù)雜，實際應(yīng)用較多。4 硬件設(shè)計4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 最小單片機系統(tǒng)5V電源：給系統(tǒng)供電。復(fù)位電路：程序跑飛時復(fù)位電路可以使程序從新執(zhí)行，相當于電腦的重啟。晶振：給單片機運行提供時鐘。比如電腦的2.2GHz頻率。EA接高電平：表示運行內(nèi)部程序存儲器下載的程序。P0口接排阻：P0口開漏結(jié)構(gòu)，使用時一般接排阻拉高電平。 鍵盤設(shè)計該電路中采用獨立鍵盤工作方式，共設(shè)有12個按鍵，分別提供3、6、9、12、15、18、21、24布局選擇功能、鍵盤鎖功能以及步進電機轉(zhuǎn)動方向

10、選擇功能。其中有程序決定起作用。4.2 系統(tǒng)工作原理論述 該系統(tǒng)的工作核心CPU為ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52芯片將多種功能的8位CPU與FPEROM（快閃可編程/擦除只讀存儲器）結(jié)合在一個芯片上，是一種低功耗、高性能的CMOS控制器，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又價格適宜的方案，其性能價格比遠高于同類芯片。它與MCS-51指令系統(tǒng)兼容，片內(nèi)FPEROM允許對程序存儲器在線重復(fù)編程，也可用常規(guī)的EPROM編程器編程，可循環(huán)寫入/擦除1000次。89S52內(nèi)含4KB的FPEROM，一般的EEPROM的字節(jié)擦除時間和寫入時間基本上均為10ms，對于任一個實時控制系統(tǒng)來說，這樣長的時間

11、是不可能在線修改程序的。l CPU為Atmel公司生產(chǎn)的89C51/89C52/89C55等。出廠所配晶振頻率為11.0592MH,每個機器周期為1.085us,用戶更換晶振以提高速度；l 存貯器為64K,前4K/8K20K在CPU內(nèi)部,其它程序在EPR0M27512中；l 數(shù)據(jù)存貯器為32K(62256),地址為8000FFFFH；l /O擴展8155,片內(nèi)RAM地址200O-20FFH ；l 8155命令口地址為2100H ；l A口地址21O1H B口地址：2102H C口地址:2103H ；l T低八位2104H T高八位2105H ；l 多路模擬開關(guān)的使用 IN0P1=0F8H IN

12、4：P1=0FCH IN1P1=0F9H IN5：P1=OFDH IN2P1=0FAH IN5：P1=0FEH IN3P1=0FBH IN7：P1=0FFH l 不掉電數(shù)據(jù)存貯器為500EH-507FH ；l 控制板160x1O9(mm) 供電+5V300mA +12V100mA -12V100mA ；l AT89C51是一種低功耗、高性能的片內(nèi)含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programmable and Eraseable Read Only Memory）的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲技術(shù)制造，并且與80C51引腳和指令系統(tǒng)完全兼容；l

13、主要性能： 與MCS-51 微控制器產(chǎn)品系列兼容；片內(nèi)有4KB可在線重復(fù)編程的快閃擦寫存儲器 。引腳簡介：整體介紹：該系統(tǒng)采用的芯片還有：DS18B20溫度傳感器、ULN2003A以及MP28GA四相五線步進電機，并且步進電機在雙八拍的方式下工作，步矩為 5.625 ，步進電機的旋轉(zhuǎn)方向由正反轉(zhuǎn)控制信號控制。步進電機的步數(shù)由鍵盤輸入，可通過獨立鍵盤S1S9輸入的步數(shù)分別為3、6、9、12、15、18、21、24和27步對應(yīng)的角度為16.875、33.725、151.875，且鍵盤S10具有鍵盤鎖功能，當鍵盤上鎖時，步進電機不接受輸入步數(shù)，也不會運轉(zhuǎn)。只有當鍵盤鎖打開，選擇運轉(zhuǎn)方向并且輸入步數(shù)時

14、，步進電機才開始工作。 電機運轉(zhuǎn)的時候有正轉(zhuǎn)指示燈D2和反轉(zhuǎn)指示燈D3指示。 電機在運轉(zhuǎn)過程中用溫度傳感器采集步進電機外表溫度（可設(shè)置），如果過熱，則電機停止運轉(zhuǎn)，同時紅色指示燈亮，同時蜂鳴器警報響。5 軟件設(shè)計5.1 分析論證此步進電機控制電路設(shè)計與實現(xiàn)，主要采用了ULN2003A驅(qū)動芯片，溫度傳感器芯片DS18B20芯片，獨立鍵盤等，包含步進電機運行驅(qū)動，溫度采集，主函數(shù)三大功效模塊。5.1.1 步進電機運行驅(qū)動模塊由于該系統(tǒng)中沒有完全使用I/O端口，所以采用了獨立鍵盤的工作方式，系統(tǒng)工作時，鍵盤控制的I/O口處于高電平狀態(tài)，當按鍵按下時觸發(fā)低電平，驅(qū)動程序?qū)崟r監(jiān)測并立即響應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)工作。

15、5.1.2 溫度采集模塊該模塊的重要功效是對步進電機的外表采集溫度，并且對已設(shè)定好的數(shù)值進行比較，從而確定機身溫度是否過高，正常時電機正常轉(zhuǎn)動，當溫度過高時電機不再轉(zhuǎn)動，并且蜂鳴器報警，紅燈點亮。5.1.3 主函數(shù)模塊該模塊重要功效是調(diào)動溫度采集函數(shù)、步進電機函數(shù)中函數(shù)，實現(xiàn)模塊化編程。5.1.4 整體功效AT89S52芯片控制ULN2003A芯片驅(qū)動步進電機，掃描鍵盤輸入運行狀態(tài)以及運轉(zhuǎn)步數(shù)，當電機外表溫度超過32是電機停止轉(zhuǎn)動，并且報警！5.2 程序流程圖主程序流程圖如圖所示：開始初始化程序報警，紅燈點亮，步進電機停轉(zhuǎn)判斷步進電機溫度是否過高？ 是 否鎖鍵盤等待開鍵盤 是 否確定輸入步數(shù)電

16、機高溫？步進電機運轉(zhuǎn) 否 圖2 程序流程圖5.3程序清單步進電機驅(qū)動函數(shù)：/BJDJ.h#ifndef _BJDJ_H_#define _BJDJ_H_ #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit k1=P10;sbit k2=P11;sbit k3=P12;sbit k4=P13;sbit k5=P14;sbit k6=P15;sbit k7=P16;sbit k8=P17;sbit k9=P00;sbit k10=P01;sbit k11=P02;sbit k12=P03;void k

17、ey_scan();void motor_turn();void motor_stop();#endif/BJDJ.c#includeBJDJ.huchar code FFW8=0xfe,0xfc,0xfd,0xf9,0xfb,0xf3,0xf7,0xf6;uchar code REV8=0xf6,0xf7,0xf3,0xfb,0xf9,0xfd,0xfc,0xfe;uchar rate ;extern uchar i=0; /*/ /* 延時 /*/void delay(uchar x) uchar i,j; for(i=0;ix;i+); for(j = 0 ; j110 ; j+) ;

18、/*/*步進電機正轉(zhuǎn)/*/void motor_ffw(uchar x) uchar i,j; for (j=0; jx; j+) /轉(zhuǎn)1*n圈 for (i=0; i8; i+) /一個周期轉(zhuǎn)45度 P2 = FFWi; /取數(shù)據(jù) delay(150); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 /*/*/*步進電機反轉(zhuǎn)/*/void motor_rev(uchar x) uchar i,j; for (j=0; jx; j+) /轉(zhuǎn)1*n圈 /退出此循環(huán)程序 for (i=0; i8; i+) /一個周期轉(zhuǎn)45度 P2 = REVi; /取數(shù)據(jù) delay(150); /調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 /*鍵盤掃描*/void key_sc

19、an()i=0;if(k1=0)delay(5);if(k1=0)i=24;if(k2=0)delay(5);if(k2=0)i=46;if(k3=0)delay(5);if(k3=0)i=72;if(k4=0)delay(5);if(k4=0)i=96;if(k5=0)delay(5);if(k5=0)i=120;if(k6=0)delay(5);if(k6=0)i=144;if(k7=0)delay(5);if(k7=0)i=168;if(k8=0)delay(5);if(k8=0)i=192;if(k9=0)delay(5);if(k9=0)i=216;/*電機轉(zhuǎn)動*/void moto

20、r_turn()if(k10=0)delay(5);if(k10=0)P2=P2&0xf0;if(k11=0&k12=1&k10=1) delay(5);if(k11=0&k12=1&k10=1)motor_ffw(i);if(k12=0&k11=1&k10=1)delay(5);if(k12=0&k11=1&k10=1)motor_rev(i);void motor_stop()motor_rev(0);溫度傳感器18B20驅(qū)動函數(shù)：/DS18B20.h#ifndef _DS18B20_H_#define _DS18B20_H_#include#include #define uint un

21、signed int#define uchar unsigned charextern uchar T;sbit DQ=P27; /溫度輸入口sbit bell=P04;sbit led1=P07;void delay2(uint t);void ow_reset(void);void write_byte(uchar val);void read_temp();void work_temp();#endif/DS18B20.c#includeDS18B20.hextern uchar data temp_data2=0x00,0x00;uchar flag;char presence=1;u

22、char T;/*11微秒延時函數(shù)*/void delay2(uint t)for(;t0;t-);/*18B20復(fù)位函數(shù)*/void ow_reset(void)presence=1;while(presence)while(presence)DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0; /delay2(50); / 550usDQ=1; / delay2(6); / 66uspresence=DQ; / presence=0繼續(xù)下一步 delay2(45); /延時500uspresence = DQ;DQ=1; /*18B20寫命令函數(shù)*/void write_byte(ucha

23、r val)uchar i;for (i=8; i0; i-) DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/5usDQ = val&0x01; /最低位移出delay2(6); /66usval=val/2; /右移一位DQ = 1;delay2(1); /*18B20讀1個字節(jié)函數(shù)*/uchar read_byte(void)uchar i;uchar value = 0;for (i=8;i0;i-)DQ=1;_nop_();_nop_();value=1;DQ = 0; /_nop_();_n

24、op_();_nop_();_nop_(); /4usDQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us if(DQ)value|=0x80;delay2(6); /66usDQ=1;return(value);/*讀出溫度函數(shù)*/void read_temp()ow_reset(); /總線復(fù)位write_byte(0xCC); / 發(fā)Skip ROM命令write_byte(0xBE); / 發(fā)讀命令temp_data0=read_byte(); /溫度低8位temp_data1=read_byte(); /溫度高8位ow_reset();write_

25、byte(0xCC); / Skip ROMwrite_byte(0x44); / 發(fā)轉(zhuǎn)換命令/*溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)*/void work_temp()T=(temp_data0&0xf0)4)|(temp_data1&0x07)31)motor_stop(); led1=0;bell=1;delay2(1000);else led1=1;bell=0; motor_turn();6 調(diào)試過程及分析編寫好的源程序在 Keil 編譯后呈現(xiàn)很多錯誤，這些錯誤有很多時平時的實驗碰到過的，例如：字母開頭忘加0，零和字母O弄混雜了，有些標號用了幾次，CJNE寫成了CJNZ等等，幸好這些錯誤在平時的實驗中碰到了，所以改錯誤很輕易，。除了常見的錯誤外，還有幾