步進(jìn)電機(jī)順序控制

目錄☆摘要……………2☆A(yù)bstract………………………3☆課題任務(wù)………………………3☆第一章總體方案設(shè)計(jì)………4☆第二章51系列單片機(jī)介紹2.1.51系列單片機(jī)的引腳功能…………52.2I/O端口線輸入輸出引腳…………52.3控制線控制引腳…………………62.4外接晶體端…………62.551系列單片機(jī)的時(shí)序………………6☆第3章．系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)3.1AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)……………73.2PC機(jī)與單片機(jī)串行通信接口設(shè)計(jì)…………………73.3步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)…………83.3.1步進(jìn)電機(jī)概述……………………81步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)………82步進(jìn)電機(jī)分類………93步進(jìn)電機(jī)原理……………………103.3.2L298N工作原理及驅(qū)動(dòng)原理……103.48段數(shù)碼管接口設(shè)計(jì)……………113.4.1數(shù)碼管簡(jiǎn)介……………………113.4.2數(shù)碼管連接方式………………123.5光電傳感器……………13……………14…………………20☆第4章.程序☆參考文獻(xiàn)☆致謝……………………211摘要本設(shè)計(jì)首先介紹了ATC89C52單片機(jī)，L298N驅(qū)動(dòng)電路及步進(jìn)電機(jī)的基本原理與功能；其次,設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)順序起停的控制方案；再次，在這些器件功能與特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，擬出設(shè)計(jì)思路，構(gòu)建系統(tǒng)的總體框架；最后利用PROTEL軟件繪出電路圖，同時(shí)寫出設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行流程和相關(guān)程序。整個(gè)系統(tǒng)通過寫入單片機(jī)中的程序分配好控制字的存儲(chǔ)單元以及相應(yīng)的內(nèi)存地址賦值；啟動(dòng)系統(tǒng)后，從單片機(jī)的I/O口輸出控制脈沖，經(jīng)過L298N驅(qū)動(dòng)電路對(duì)脈沖進(jìn)行處理，輸出能直接控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，重新分配I/O資源，同時(shí)增加驅(qū)動(dòng)芯片L298N的個(gè)數(shù)，在允許范圍內(nèi)，就能實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)順序起停向的控制。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、步進(jìn)電機(jī)、L298N2AbstractThepaperfirstlyintroducesbasicprinciplesandfunctionsofATC89C52MCU,L298Ndrivecircuitsandsteppingmotor,secondlydesignsthecontrolplanofsteppingmotortorealizestartingandstopping,thirdlyproducesthethoughtofdesignandbuildstheframeofsystembasedontheprinciplesandfunctionsofthesecomponents,lastlydesignscircuitdiagraminPROTELandliststheoperatingprocessofdesignsystemandrelatedprograms.ThewholesystemdistributessavedunitsandcomposesvaluesaccordtocorrespondingmemoryaddressesthroughtheprogramswritteninMCU.Afterstartingthesystem,I/OinterfaceofMCUoutputscontrolpulses,whicharehandledbyL298Ndrivecircuits,thenoutputspulsesignalswhichcandirectlycontrolsteppingmotors.Inthisfoundation,theMCUredistributestheI/OresourcesandaddsupthenumberofdrivechipsofL298N,inthemeantimethedesigncanrealizemanysteppingmotors’independentstartingandstoppingintheload'scapability.Keywords：ATC89C52MCU、steppingmotor、L298N課題任務(wù)：兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)順控制））用）3第一章總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求，設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)框圖如圖1所示整個(gè)系統(tǒng)通過寫入單片機(jī)中的程序分配好控制字的存儲(chǔ)單元以及相應(yīng)的內(nèi)存地址賦值；啟動(dòng)系統(tǒng)后，從單片機(jī)的I/O口輸出控制脈沖，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路對(duì)脈沖進(jìn)行處理，輸出能直接控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，重新分配I/O資源，同時(shí)增加驅(qū)動(dòng)芯片L298N的個(gè)數(shù)，在允許范圍內(nèi)，就能實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)順序起停的控制。用LED電機(jī)2的停止?？傮w結(jié)構(gòu)圖見附錄圖14第二章51系列單片機(jī)介紹2.151系列單片機(jī)的引腳功能圖2微型單片機(jī)的引腳2.2I/O端口線輸入輸出引腳P0.0—P0.7(39—32)P0口是一個(gè)漏極開路型準(zhǔn)雙向I／O口。在訪問外部(低8位)部的上拉電阻。在EPROM編程時(shí)，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1.0—P1.7(1-8)：P1口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口。在EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。P2.0—P2.7(21-28)：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口。在8EFROM收高8位地址。P3.0—P3.7(10-17)：P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口。在MCS—5l8個(gè)引腳還兼有專用功能，P3的8見表1-1-1。圖352.3控制線控制引腳（ALE／PROG、、、RST／VPD）ALE用于控制P0口輸出的低8ALE是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖，因此,可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。（29腳）外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部ROM時(shí)，有效（低電ROM單元的讀操作。ROM的讀ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。RST／Vpp(9腳)復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。2.4外接晶體端XTAL1（１９腳）和XTAL2（１８腳）外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。主電源引腳高VＣＣ和低VＳＳ；VCC（４０腳）+5V電源；VSS（２０腳）以上是MCS-51單片機(jī)芯片40實(shí)訓(xùn)電路找到相應(yīng)引腳，在電路中查看每個(gè)引腳的連接使用。2.551系列單片機(jī)的時(shí)序805l的基本時(shí)序周期一條指令譯碼產(chǎn)生的一系列微操作信號(hào)在時(shí)間上有嚴(yán)格的先后次序，這種次序就是計(jì)算機(jī)的時(shí)序。其基本時(shí)序周期有如下四種。●振蕩周期：指振蕩源的周期，若為內(nèi)部產(chǎn)生方式，則為石英晶體的振蕩周期。T振蕩周期＝１/fosc;●時(shí)鐘周期：(稱S周期)為振蕩周期的兩倍，時(shí)鐘周期＝２倍的振蕩周期T時(shí)鐘周期=2*T振蕩周期;●機(jī)器周期：一個(gè)機(jī)器周期含6個(gè)時(shí)鐘周期(S周期)T機(jī)器周期＝6*T時(shí)鐘周期＝12*T振蕩周期＝１2/fosc;STC12CXX系列單片機(jī)有1/機(jī)器周期。6●指令周期：完成一條指令占用的全部時(shí)間。805l的指令周期含1—4個(gè)機(jī)器周期，其中多數(shù)為單周期指令，還有2周期和4周期指令。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)89C52內(nèi)部有8K閃存存儲(chǔ)器，芯片本身就是一個(gè)最小系統(tǒng)。用這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)，簡(jiǎn)單、可靠。用其構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電3程序。圖3AT89C52最小系統(tǒng)3.2PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信接口設(shè)計(jì)目前串行通信總線的標(biāo)準(zhǔn)接口主要有:(1)RS-232C,RS232E;(2)RS-449(RS-422,RS-423和RS-485);(3)20mA電流環(huán);(4)USB通用接口。其中RS-232C(RSRecommendedStandard)串行通信總線使用最為廣泛。RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)正式公布的、在異步串行通信中應(yīng)用7方便,易于實(shí)現(xiàn)且成本較低等特點(diǎn),但由于抗干擾能力差,適合于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場(chǎng)合。對(duì)于本系統(tǒng),只要求近距離(F10m)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,而且周圍環(huán)境的電氣影響較低,所以本系統(tǒng)采用成本較低RS232CRS232C標(biāo)準(zhǔn),邏輯0電平規(guī)定為+5～+15V之間,邏輯1電平為-5～-15V之間。因此,要實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信,不能將其線路直接相連,RS-232C驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)的TTL電平連接必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是MAXIMIC芯片,適用于各種EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器,可以把輸入的+5V電源電壓變換成RS-232C輸出電平所需的±10V,在沒有±12V電源的場(chǎng)合尤為合適,而且價(jià)格適中,硬件接口簡(jiǎn)單,所以本系統(tǒng)采用MAX232CSE作為收發(fā)器芯片。電路原理如圖4所示:圖4MAX232電路原理圖3.3步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.3.1步進(jìn)電機(jī)概述1、步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī)或階躍電機(jī)，國外一般稱st印motor或st印pingmotor、pulsemotor、st印permotor等。目前，隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)以及電動(dòng)機(jī)本體的發(fā)展和變化，傳統(tǒng)電機(jī)分類間的界面越來越模糊。就傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)來說，步進(jìn)電機(jī)可以簡(jiǎn)單地定義為：8的同步電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具有其自身的特色，歸納起來有：1．可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單廉價(jià)；2．直接接收數(shù)字信號(hào)，不必進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，使用方便。3．位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以要求更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)；4．無刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高；5．易于起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好；6．停止時(shí)，可有自鎖功能；7．步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下，通?？梢栽谠降退傧乱愿咿D(zhuǎn)矩運(yùn)行，因而可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作；8．速度可以相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電機(jī)可使它們完全同步運(yùn)行；9．不能直接使用普通的交流電源驅(qū)動(dòng)。2、步進(jìn)電機(jī)的分類和組合式三大類型。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電磁式步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)最為廣泛的為反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電機(jī)。(1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(ⅥlriableReluctance，簡(jiǎn)稱vR)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有單段式和多段式兩種類型；(2)永磁式步進(jìn)電機(jī)(Pe肌aneIltMa印et，簡(jiǎn)稱PM)永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，(相比反應(yīng)式)，但啟動(dòng)運(yùn)行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電；(3)混合式步進(jìn)電機(jī)(Hybrid，簡(jiǎn)稱HB)混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永9耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻行以及控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)采用的是17H150H-04A兩相步進(jìn)電機(jī)。3、步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)原理位移或線位移量與電脈沖個(gè)數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速或線速度與電脈沖頻率成正比。在負(fù)載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化。啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。3.3.2L298N的原理L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；并可以直接用單片機(jī)的I/O口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。本系統(tǒng)用兩片L298N分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的啟停，各引腳連接圖如圖510圖5驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路連接圖3.48段數(shù)碼管接口原理設(shè)計(jì)3.4.1、數(shù)碼管簡(jiǎn)介數(shù)碼管是電路中常見的顯示元件，按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按照顯示8”1位、2位、46所示的為一個(gè)8段4位數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。11共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極接到+5V或+3.3V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。圖68段四位數(shù)碼管3.4.2．?dāng)?shù)碼管連接方式任何一個(gè)7段碼管都有128種顯示模式，而其中的數(shù)字0-9是最為有用也是最常見的。通過控制共陽極（共陰極）數(shù)碼管的陰極（陽極），可以顯示數(shù)字0-9，圖7給出共陽極和共陰極數(shù)碼管各自的連接關(guān)系。對(duì)于多位數(shù)碼管而言，極數(shù)碼管的陰極接到一起，用多個(gè)獨(dú)立的位選和7個(gè)（或8個(gè)）公共段選控制所有的數(shù)碼管。圖7共陰極、共陽極數(shù)碼管連接關(guān)系12由于所有數(shù)碼管共用段選，為了獨(dú)立顯示每位數(shù)碼管，具體來說就是每次只的位選都無效。依次類推，循環(huán)往復(fù)。如果總共有4位數(shù)碼管，則用于顯示的控制時(shí)序如圖8所示。只能用段選來區(qū)分不同的數(shù)碼管。圖8控制時(shí)序圖本系統(tǒng)采用的是共陽極四位數(shù)碼管LED顯示啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間，數(shù)碼管與單片機(jī)連接圖如圖9所示圖9數(shù)碼管與單片機(jī)連接圖3.5光電傳感器光是一種電磁射線，其特性如同無線電波和X射線，傳遞速度約為300000千米/秒，因此它可以在發(fā)射的一瞬間被其接收。紅外線開關(guān)光電開關(guān)是利用人13眼不可見（波長(zhǎng)為780nm-1mm）的近紅外線和紅外線的來檢測(cè)、判別物體。通過光電裝置瞬間發(fā)射的微弱光束能被安全可靠的準(zhǔn)確的發(fā)送。光是一種電磁射線，其特性如同無線電波和X射線，傳遞速度約為300000千米/秒，因此它可以在發(fā)射的一瞬間被其接收。紅外線開關(guān)光電開關(guān)是利用人眼不可見（波長(zhǎng)為780nm-1mm）的近紅外線和紅外線的來檢測(cè)、判別物體。通）和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。本系統(tǒng)采用的是OMCH品牌的E3F-DS30C4型號(hào)的光電開關(guān)去控制電動(dòng)機(jī)M1的停止。其信號(hào)端即黑線接P2.7口，棕線接+5V電源，藍(lán)線接地。第四章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)是利用keilC51編寫的步進(jìn)電機(jī)順序控制程序，如下所示：#include<reg52.h>#defineDataPortP0//定義P0口為L(zhǎng)ED數(shù)據(jù)輸入端unsignedcharcodewei_ma[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80};//數(shù)字0到9的位碼sbitcs0=P1^0;//片選0定義在p1.0sbitcs1=P1^1;//片選1定義在p1.1sbitm1_in1=P1^4;//定義電機(jī)M1的IN1口sbitm1_in3=P1^5;//定義電機(jī)M1的IN3口sbitm2_in1=P2^4;//定義電機(jī)M2的IN1口14sbitm2_in3=P2^5;//定義電機(jī)M2的IN3口sbitlight=P2^7;//定義光電傳感器的輸入端口unsignedintt0=0;//T0時(shí)間標(biāo)志unsignedintt2=0;//T2時(shí)間標(biāo)志//函數(shù)聲明voidDelay(unsignedintt);voidLed();voidTimer0Init();voidTimer2Init();intmain(){Timer2Init();//M1啟動(dòng)m1_in1=1;m1_in3=0;while(1){//led顯示開機(jī)延時(shí)時(shí)間Led();//電機(jī)控制if(1==light){//停止M1m1_in1=0;15m1_in3=0;//啟動(dòng)T0計(jì)時(shí)器，20秒后停止M2Timer0Init();}}}voidLed(){cs0=0;cs1=0;P0=wei_ma[0];Delay(250);//加上延時(shí)函數(shù)利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，循環(huán)輸出這幾個(gè)數(shù)字,看起來像是同時(shí)顯示?？赏ㄟ^改變延時(shí)時(shí)間來調(diào)節(jié)顯示效果cs0=0;cs1=1;P0=wei_ma[3];Delay(250);//在12MHZ下，次延時(shí)函數(shù)Delay(250)約等于2mscs0=1;cs1=0;P0=wei_ma[0];Delay(250);cs0=1;cs1=1;P0=wei_ma[2];16Delay(250);}voidTimer0Init(){TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;}voidTimer2Init(){TH2=(65535-60000)/256;//定時(shí)60msTL2=(65535-60000)%256;RCAP2H=(65535-10000)/256;RCAP2L=(65535-10000)%256;T2MOD|=0x01;T2EX=1;EA=1;//interuptenable//enabletimer2interrupt10TF2