單片機課程設(shè)計步進電機啟動停止正反轉(zhuǎn)

1、單片機課程設(shè)計報告步進電機控制設(shè)計 姓名： 黃盛海 201030480108 詹志勛 201030480125 鄭榕生 201030480128 班級： 10車輛工程1班 指導(dǎo)老師： 李震 姜晟 日期：86.20 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院摘要：步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，它的的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。本次課程設(shè)計主要采用AT89S52芯片，用匯編語言編寫出電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止程序，通過單片機、電機的驅(qū)動芯片ULN2003以及相應(yīng)的按鍵實現(xiàn)以上功能，并且步進電機的工作狀態(tài)要用相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示出來。控制系統(tǒng)主要由硬件

2、設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分組成。其中，硬件設(shè)計包括單片機的最小系統(tǒng)模塊、電源模塊、控制模塊、步進電機ULN2003A驅(qū)動模塊、彩燈顯示模塊5個功能模塊的設(shè)計。并且通過仿真控制系統(tǒng)對硬件、軟件進行了調(diào)試和改善，實現(xiàn)了上述功能。本系統(tǒng)具有智能性、實用性及可靠性的特點。關(guān)鍵詞：步進電機 單片機 電脈沖 驅(qū)動系統(tǒng) 匯編語言 目錄1、課程設(shè)計目的及要求42、整體系統(tǒng)分析43、硬件系統(tǒng)分析64、軟件系統(tǒng)分析105、調(diào)試結(jié)果106、結(jié)論117、參考文獻12附一：源程序121. 課程設(shè)計目的及要求1.1 課程設(shè)計目的增進對單片機的感性認識，加深對單片機理論方面的理解；掌握單片機的內(nèi)部功能模塊的應(yīng)用，如定時器/計數(shù)器

3、、中斷、存貯器、I/O口、A/D轉(zhuǎn)換等；了解和掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計過程及實現(xiàn)方法。1.2 課程設(shè)計要求設(shè)計一個步進電機控制器，要求用多個按鍵控制電機的啟動/停止、加速、減速、反轉(zhuǎn)等控制功能；用彩燈顯示電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，如加速就控制彩燈快速閃爍，減速則控制彩燈慢速閃爍等。2. 整體系統(tǒng)分析2.1步進電機控制工作原理步進電機實際上是一個數(shù)字角度轉(zhuǎn)換器，也是一個串行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。步進電機的基本控制包括啟?？刂啤⑥D(zhuǎn)向控制、速度控制、換向控制4 個方面。從結(jié)構(gòu)上看 ,步進電機分為三相、四相、五相等類型 ,本次設(shè)計的是四相電機。四相步進電機的工作方式有單四拍、雙四拍和單雙八拍3 種 。28BYJ-

4、48步進電機：步進電機的啟?？刂撇竭M電機由于其電氣特性,運轉(zhuǎn)時會有步進感 ,即振動感。為了使電機轉(zhuǎn)動平滑 ,減小振動 ,可在步進電機控制脈沖的上升沿和下降沿采用細分的梯形波 ,可以減小步進電機的步進角 ,提高電機運行的平穩(wěn)性。在步進電機停轉(zhuǎn)時 ,為了防止因慣性而使電機軸產(chǎn)生順滑 ,則需采用合適的鎖定波形 ,產(chǎn)生鎖定磁力矩 ,鎖定步進電機的轉(zhuǎn)軸 ,使步進電機的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動。 步進電機的轉(zhuǎn)向控制如果給定工作方式正序換相通電 ,步進電機正轉(zhuǎn)。若步進電機的勵磁方式為單四拍，即 A -B C - D。如果按反序通電換相，即則電機就反轉(zhuǎn)。2.1.3步進電機的速度控制如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖 ,它就

5、轉(zhuǎn)一步 ,再發(fā)一個脈沖 ,它會再轉(zhuǎn)一步。2 個脈沖的間隔越短 ,步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整送給步進電機的脈沖頻率 ,就可以對步進電機進行調(diào)速。2.2系統(tǒng)設(shè)計思路 我們本次設(shè)計的步進電機控制系統(tǒng)主要有單片機89S52、ULN2003A步進電機驅(qū)動芯片、四相永磁式步進電機、LED顯示管及其其他相關(guān)元件組成。可以通過開關(guān)來控制系統(tǒng)的啟/停工作，并通過LED顯示管的工作狀態(tài)顯示步進電機的正、反轉(zhuǎn)和前進、后退的狀態(tài)。其總體設(shè)計框圖1所示：3. 硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1主要元件簡介3.1.1 AT89S52單片機AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flash存儲器。AT89

6、S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM,32位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。圖2. AT89S52引腳圖3.2模塊分析3.2.1 時鐘晶振電路時鐘電路是整個系統(tǒng)的心臟，控制著步進電機工作節(jié)奏。單片機的時鐘信號用來提供單片機片內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，時鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。 圖4中的外接晶體以及電容C2和C1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30PF左右，晶振頻率選12MHz。 圖4 時鐘電路3.2.2 復(fù)位電路單

7、片機的復(fù)位是靠外電路來實現(xiàn)的，在正常運行情況下，只要RST引腳上出現(xiàn)兩個機器周期時間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果RST引腳上持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作有兩種情況，即上電復(fù)位和手動(開關(guān))復(fù)位。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式。圖5 復(fù)位電路3.2.3 步進電機驅(qū)動電路本設(shè)計采用ULN2003A芯片。ULN2003 的每一對達林頓都串聯(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)。其中1B、2B、3B、4B分別與P0.0、P0.1、P0.2、P0.3相接圖6 電機驅(qū)動電路3.2.4 顯示電路由

8、于系統(tǒng)顯示的內(nèi)容比較簡單，所以顯示選用發(fā)光二級管既方便又經(jīng)濟。當(dāng)步進電機開始工作的時候，發(fā)光二極管發(fā)光；當(dāng)步進電機不工作時，發(fā)光二極管不發(fā)光；當(dāng)步進電機加速運行時，發(fā)光二級管快速閃爍；當(dāng)步進電減速運行時，發(fā)光二極管減速閃爍。圖7 顯示電路3.2.5 系統(tǒng)總電路綜合以上各模塊，可得到總電路圖： 圖8 電路總體仿真圖4軟件系統(tǒng)設(shè)計程序編寫程序流程圖：（源程序見附錄）開始分配地址空間 電機停轉(zhuǎn)狀態(tài)設(shè)置T0，T1工作方式，T0,T1置初值開中斷啟動T0調(diào)用鍵盤程序有鍵按下中斷等待否定時時間到鍵盤處理程序是 停止T1否T0中斷入口起、停標(biāo)志位0 是啟動T1顯示程序定時時間到中斷返回T1中斷入口電機驅(qū)動程

9、序中斷返回 5.調(diào)試結(jié)果 連接并檢查完基本線路后，我們將程序燒寫到芯片上，但是開始我們設(shè)計的程序卻燒寫不上，我們以為是我們的開發(fā)板出現(xiàn)了問題，但檢查后開發(fā)板沒問題，之后才知道我們用的芯片燒寫器不行，換了個燒寫器后程序便能夠正確燒寫進去了。然后就按下各個開關(guān)按鍵進行測試，最后電機和顯示器都基本上按照設(shè)計要求工作了。6.總結(jié)本次單片機課程設(shè)計可謂是困難重重，在設(shè)計制作的過程中確實遇到了很多問題，但是通過我們組員的共同努力最終得到了解決了。其中最大的一個問題就是軟件程序的編寫，在我們確定設(shè)計方案后，就開始用匯編語言編寫程序了，在我們開始自己編寫之前，通過網(wǎng)絡(luò)查閱了一些相關(guān)的資料，也參考了一些其他成功

10、的程序。但在我們編好之后，在進行計算機仿真測試的時候，總是不成功，不是電源通不上電，就是電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)不受控制，不能實現(xiàn)加速、減速、正反轉(zhuǎn)等問題，于是就對程序進行一次又一次的修改，但最終還是沒有成功，可能是由于我們是學(xué)機械專業(yè)的，對編程序這些電子類的知識有所欠缺，在實際操作起來確實有些難度。最后，我們只好向電信專業(yè)的同學(xué)尋求指導(dǎo)幫助。通過虛心請教之后，我們的問題得到了解決，同時通過交流也學(xué)到了很多。通過本次課程設(shè)計，我們深深體會到了理論知識學(xué)習(xí)的重要性，如果沒有扎實的理論知識作為奠基，那么在今后的實踐運用中就像是無頭之蠅，沒有一點頭緒，不知從何入手，最終只能求助于他人，被動地進行工作。不管對以

11、后的工作還是學(xué)習(xí)都起不到積極的促進作用。在本次課程設(shè)計活動中，我們團隊也體會到了分工協(xié)作的重要性，黃盛海、鄭榕生主要負責(zé)寫程序、調(diào)試，詹志勛負責(zé)撰寫設(shè)計報告，每個組員分工明確，遇到個人難以解決的問題就一起商量討論，極大的提高了工作效率。這點是值得我們在今后的工作和學(xué)習(xí)中好好運用的。7.參考文獻1. 王衛(wèi)星，鄧小玲，代芬等.單片機原理與應(yīng)用開發(fā)技術(shù).中國水利水電出版社.2009. 附一：源程序ORG 00HSTART: MOV DPTR , #TAB1 MOV R0, #03H MOV R1 , #4H MOV R4, #00H MOV P0, #03HWAIT: MOV P0, R0 MOV

12、P0, #0FFH JNB P3.4,TIZ ;P3.4有停止鍵按下時，跳到停止子程序 JNB P3.0,ZHENG ;P3.0有啟動正轉(zhuǎn)鍵按下時，跳到停止子程序 JNB P3.1,FAN SJMP WAITZHENG : ;正轉(zhuǎn)子程序MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR ACALL DELAY INC R4 AJMP KEYFAN: ;反轉(zhuǎn)子程序MOV R4,#6 MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR MOV P3,A ; ACALL DELAY AJMP KEYKEY: MOV P3,#0FFH ;KEY檢測，賦初值 JB P3.4,ZZ1 AJMP TIZTIZ: MOV

13、 P0,#00H ;停止子程序 AJMP KEYZZ1: JB P3.0,FZ1 ;正轉(zhuǎn)按鍵檢測，有鍵按下轉(zhuǎn)到FZI CJNE R4,#8,LOOPZ;循環(huán)次數(shù)是否為8，為8則清0 MOV R4,#0LOOPZ: MOV A,R4 ;讀電機狀態(tài)顯示 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A ;賦給P0，顯示1為正轉(zhuǎn)，2為反轉(zhuǎn)，3為加速，4為減速 SETB P1.1 ;賦高電平，關(guān)閉反向狀態(tài)燈 CPL P1.0 ;開正轉(zhuǎn)狀態(tài)燈 JNB P3.2,JIASUZ ;加速子程序 JNB P3.3,JIANSUZ ;減速子程序 ACALL DELAY INC R4 AJMP KEYFZ1: JB P

14、3.1,KEY CJNE R4,#255,LOOPF MOV R4,#8LOOPF: DEC R4 MOV A,R4 MOVC A,A+DPTR ;讀脈沖 MOV P0,A ;給步進電機輸入脈沖 SETB P1.0 CPL P1.1 JNB P3.2,JIASUF ;加速按鍵檢測 JNB P3.3,JIANSUF ;減速按鍵檢測 ACALL DELAY AJMP KEY ;跳轉(zhuǎn)到KEY檢測子程序DELAY:MOV A,R1 ;延時子程序 MOV R6,ADELAY2:MOV R5,#6HDD2:MOV R7,#0DD3:DJNZ R7,DD3DJNZ R5,DD2 DJNZ R6,DELAY2RET DELAY1: MOV R6,#20HDD4: MOV R5,#02HDD5: MOV R7,#0DD6: DJNZ R7,DD6 DJNZ R5,DD5 DJNZ R6,DD4 RETJIASUZ: ;加速的按鍵檢測ACALL DELAY1CJNE R1,#02,L1JMP L2L1: DEC R1L2: JMP LOOPZJIANSUZ: ;減速的按鍵檢測ACALL DELAY1 CJNE R1,#08H,L3 J