單片機基于80C51單片機的步進電機控制系統(tǒng).doc

中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院2014課程設(shè)計中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 本 科 課 程 設(shè) 計 題 目:基于80C51單片機的步進電機控制系統(tǒng) 系 別信息工程系學(xué)生姓名專 業(yè)電氣工程及其自動化學(xué) 號指導(dǎo)教師職 稱講師2014 年6 月 11 日摘 要本文研究基于51系列單片機的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)包括以下幾個部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、終端接收，該系統(tǒng)以匯編語言為單片機的驅(qū)動程序語言，單片機控制步進電機，主要任務(wù)是把二進制數(shù)變成脈沖序列，按相序輸入脈沖以實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動方向控制，利用單片機實現(xiàn)對步進電機的遠距離實時監(jiān)控，從而達到高效、節(jié)能的控制步進電機工作的目的,該系統(tǒng)具有成本低、控制方便的特點。使用單片機驅(qū)動四相步進電機，控制步進電機以四相八拍的方式運行，來實現(xiàn)步進電機正向/反向旋轉(zhuǎn)，P1.0P1.3分別控制步進電機；P1.5P1.7分別控制步進電機的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵詞： 51單片機 ；步進電機 ；數(shù)據(jù)采集 ；匯編語言 ； 目 錄摘要01 設(shè)計目的12設(shè)計內(nèi)容與要求13 總體設(shè)計方案13.1整體方案13.2具體方案實現(xiàn)14系統(tǒng)硬件設(shè)計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)動電路44.6步進電機45程序軟件設(shè)計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)計目的1掌握單片機控制步進電機的硬件接口電路。2掌握步進電機驅(qū)動程序的設(shè)計和調(diào)試方法。3熟悉步進電動機的工作特性。2設(shè)計內(nèi)容與要求1查閱資料，了解步進電機的工作原理。2通過單片機給定參數(shù)控制電機轉(zhuǎn)動。3通過按鈕控制正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。3總體設(shè)計方案3.1整體方案本系統(tǒng)主要是由AT89C51，步進電機控制器ULN2004，步進電機，通過單片機編程，實現(xiàn)步進電機控制的脈沖分配，使電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)以及停止等功能3.2具體實現(xiàn)方案 根據(jù)系統(tǒng)要求畫出單片機控制步進電機的控制框圖，見下圖。系統(tǒng)包括單片機、按鍵、驅(qū)動電路和步進電機。80c51單片機步進電機鍵盤驅(qū)動電路開始通電后，步進電機停止轉(zhuǎn)動，單片機分別接有按鈕開關(guān)正，反，停用來控制步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。當(dāng)按下正后，電機正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下反后，電機反轉(zhuǎn)，當(dāng)按下停，電機停轉(zhuǎn)。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)主要由單片機主控模塊、復(fù)位電路模塊、晶振電路模塊、獨立鍵盤電路模塊、指示燈電路模塊、驅(qū)動電路模塊、步進電機模塊等組成，下面將對各模塊作簡要介紹。4.1復(fù)位電路為確保微機系統(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個機器周期，系統(tǒng)將實現(xiàn)一次復(fù)位操作。此復(fù)位電路中，上電或按一下復(fù)位開關(guān)都能在RST端出現(xiàn)一段時間的高電平，使系統(tǒng)復(fù)位。如圖1示。圖表 14.2晶振電路每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全稱是叫晶體振蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，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，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。本次設(shè)計的晶振其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為芯片引腳XTAL2。通過這兩個引腳在芯片外并接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)計的鍵盤電路由3獨立按鍵組成，如圖3示。圖表 3功能如下：正：正轉(zhuǎn)鍵。按下時步進電機正轉(zhuǎn)。反：反轉(zhuǎn)鍵。按下時步進電機反轉(zhuǎn)。停：停止鍵。運行狀態(tài)按下此鍵即停止運轉(zhuǎn)。4.4指示燈電路 指示燈電路包括D1、D2、D3、D4四個LED燈組成，分別串聯(lián)一個分別串聯(lián)一個電阻，提供穩(wěn)定的電壓與電流。圖表 44.5驅(qū)動電路模塊 驅(qū)動電路模塊包括四個非門和unl2003，通過脈沖讓步進電機轉(zhuǎn)動。圖表 54.6步進電機 有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅(qū)動。若每旋轉(zhuǎn)一圈以20 個勵磁信號來計算，則每個勵磁信號前進18 度，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全步勵磁又有1 相勵磁及2相勵磁之分，而半步勵磁又稱1-2 相勵磁。圖為步進電動機的控制等效電路，適應(yīng)控制A、B、/A、/B 的勵磁信號，即可控制步進電動機的轉(zhuǎn)動。每輸出一個脈沖信號，步進電動機只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號，即可步進電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動。勵磁順序： AABBBCCCDDDAA。圖表 65 程序軟件設(shè)計5.1程序流程圖本設(shè)計中采用了主程序調(diào)用各個子程序的方法。包括對系統(tǒng)初始化和對硬件設(shè)備進行初始化，并使硬件處于準(zhǔn)備開始的狀態(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，使得單片機發(fā)出相應(yīng)的脈沖驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。具體程序流程圖如下。 開始步進電機停止掃描是否按鍵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步進電機停止按下停止了嗎？輸出結(jié)束5.2源程序 ORG 0000 LJMP START ORG 0100HSTART: LOOP: MOV P1,#00H ; 步進電機停止 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+DPTR JZ LOOP ; 是否到了結(jié)束碼00h CPL A ;把acc反向 MOV P1,A ;輸出到p1開始正轉(zhuǎn) ACALL DELAY ;轉(zhuǎn)動的速度 INC R0 ;取下一個碼 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acc反向 MOV P1,A ;輸出到p1開始反轉(zhuǎn) ACALL DELAY ;轉(zhuǎn)動的速度 INC R0 ;取下一個碼 JMP REV1 ;繼續(xù)反轉(zhuǎn)stop: MOV P1, #00H JMP LOOPDELAY: MOV R1,#150 ;步進電機的轉(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) 主要以單片機為基礎(chǔ)，用單片機來控制電機的轉(zhuǎn)動，熟悉單片機的一般搭建電路，了解一般電子電路與單片機構(gòu)成簡單系統(tǒng)及簡單編程的方法。進一步加深對單片機常用指令的理解與運用。能夠較熟練的運用protues繪制電路原理圖以及進行仿真。在課設(shè)過程中，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題、全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及常用編程設(shè)計思路技巧的掌握方面有了很大的提高。同時在老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，單片機領(lǐng)域?qū)ξ医窈筮M一步學(xué)習(xí)計算機方面的知識有極大的幫助，使我們積累實際電子制作經(jīng)驗，達到學(xué)以致用的目的，真正的吧理論和實踐結(jié)合起來，讓我們進一步體驗到實踐的重要性。對我們以后的工作有很大的幫，同時鍛煉了我們團