步进电机控制系统设计_课程设计1.docx

等级:湖南工程学院课程设计课程名称单片机原理与应用课题名称步进电机专业电气工程及其自动化设计内容与设计要求设计内容：以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的正、反转，加速、减速、停止等工作，并在4位led显示器上显示步进电机转速或工作状态。设计要求：1）确定系统设计方案； 2）进行系统的硬件设计；3）完成应用程序设计；4）硬件电路及应用程序的调试。主要设计条件1、pc机及单片机调试软件；2、开发板1块； 3、系统设计、调试所需的元器件。4. 步进电机型号：28byj-48说明书格式1. 课程设计任务书2. 目录3. 总体方案确定4. 各单元硬件电路设计及计算方法5. 软件设计与说明（包括流程图）6. 调试结果与必要的调试说明7. 总结8、参考文献9、附录附录a 系统原理图附录b 程序清单 10、课程设计成绩评分表。进度安排设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍 下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、系统总体方案星期四、设计及调试星期五、设计及调试第二周星期一、设计及调试星期二、设计及调试星期三、设计及调试星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩参考文献1 王迎旭等.单片机原理及及应用m. 2版.机械工业出版社，2012. 2 高峰.单片微型计算机原理与接口技术m.电子工业出版社，2003. 3王守中.51单片机开发入门与典型实例m.人民邮电出版社，20074 戴灿金.51单片机及其c语言程序设计开发实例m.清华大学出版社，2010.5 胡汉才.单片机原理及其接口技术m.3版.清华大学出版社，2010.6 郭天祥.新概念51单片机c语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略.电子工业出版社，2009.第1章 概述及系统总体方案1.1设计内容及要求本题要求以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的正、反转，加速、减速、停止等工作，并在4位led显示器上显示步进电机转速或工作状态。设计要求如下：（1）确定系统的设计方案；（2）进行系统的硬件设计；（3）完成必要的参数计算与元器件选择；（4）完成应用程序设计；（5）进行系统电路应用程序的调试。本设计目的是步进电机控制系统4个按键设置成现在想要实现的功能：key_on_off-开始、停止按键key_up-加速按键key_down-减速按键 key_left_right-正反转按键1.2 系统总体方案本次课程设计使用 stc89c52rc单片机做主控芯片，完成课程设计。系统硬件设计框图如图1.1所示。驱动电路电源p0口p2口stc89c52单片机 p1口 p3口4个8段数码管显示器复位电路矩阵键盘电路步进电机驱动电路时钟电路图1.1 系统硬件设计框图第2章硬件设计2.1复位电路本设计的复位电路采用按键上电复位电路，采用的晶振是12mhz,机器周期为1s，复位电路如图2.1所示，复位引脚为单片机的第9引脚，复位开关一边接电源，另一边接单片机第9引脚，并与一个10uf电解电容并联，且单片机第9脚引出一10k电阻，电阻另一端接地。图2.1 复位电路图2.2单片机时钟电路单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚xtal1和xtal2分别是反相放大器的输入端和输出端，通常，经由片外晶体振荡器或陶瓷谐振器与两个匹配电容一起构成一个自激振荡电路。本课题采用了单片机内部时钟方式，电路如图2.2所示（采用12mhz晶振，两个30pf独石电容）。图2.2单片机时钟电路图图2.3 数码显示电路图2.3数码显示电路本次设计采用动态显示电路，利用单片机的p1口和p0口来实现4位共阳极8段led数码管显示器的动态显示，其中p1口输出段码，p0口输出位码，通过4个1k电阻和4个pnp三极管9015实现反向位驱动。 四位数码显示管为共阳显示管，段选低电平有效，位选低电平有效。p2.0p2.3控制数码管位选，分别对应位选w1w4, p0.0p0.7一一对应段选段：a、f、b、g、c、dp、d、e。如图2.3所示。2.4按键电路本课题需要四个按键分别控制：开始/停止、加速、减速、正反转。因调试用的单片机板是矩阵按键，本设计将键盘的行线直接接地构成独立按键来用，用四个按键s1-s4控制电机运转。按键电路如图2.4所示。图2.4按键电路图2.5 电机及其驱动电路电机驱动部分用uln2003做驱动芯片，其驱动模块及电机连接如图2.5所示（p3.0p3.3对应电机四相：a、b、c、d）：图2.5电机及其驱动电路图第3章软件设计与说明为了实现任务书的要求，我把这次课程设计的软件程序分成了几个模块，这样分成几个子程序设计思路比较清晰，程序包括：主函数、键盘扫描函数、显示函数、按键值处理函数、中断函数、计时初始化函数、数值处理函数。3.1主程序设计图3.1 主程序流程图主程序开机即刻显示，有键按下后中断开始。主程序流程图如图3.1所示。3.2键盘扫描函数键盘扫描子程序是先给p1口输出0f7h，p1.3置0（第一行），其余全置1，把p2口的状态读取进来，若key_on_off-开始、停止按键、key_up -加速按键、key_down -减速按键、key_left_right正反转按键其中一个值为0，就说明有键按下，然后根据p1.4p1.7的值判断是哪个的键按下，然后再到相应的程序去执行下一步骤。键盘扫描流程图如图3.2所示。图3.2 键盘扫描函数流程图3.3显示子函数本次程设计采用的是动态显示，要不断的刷新位信号，然后把相应的位应该显示的段码从p0口输出过去，在经过延时子程序后，然后再显示下一位，依次这样循环下去，不断的从倒计时所处的时间信息显示出来，这就是显示子程序。显示函数流程图如图3.3所示。图3.3 显示函数流程图3.4 中断子函数中断子程序采用定时器t0采用方式1来计时，每次溢出定时200us,重装初值定时满足add_count=count，定时count*200us后去自动执行中断程序，根据变量count来控制电机转速。中断函数流程图如图3.4所示（用i代替变量add_count,j代替count）。开始重装初值i+ij?ny电机输出一拍i=0返回图3.4中断函数流程图第4章 调试及使用说明4.1开发板的焊接及测试要做课程设计，我们必须有单片机，学校为了锻炼我们的动手能力，所以集体采集了一批元器件和电路板，让我们自己手工焊接我们自己的单片机电路板，这对我们来说很有兴趣。我们在专门的实验室里焊接我们的电路板，因为我们以前焊接过收音机，所以这回焊接起来还算比较容易，但是我们用了一下午的时间才焊接完，在焊接完成后，我们用万用表测量了系统的电流和电压，在经过一系列检测后，老师把测试程序下载进了我们的单片机，单片机响起了生日快乐歌，这让我们感到很神奇，所以我们迫不及待的想开始我们的课程设计，投入到学习中去。4.2系统调试系统调试是对硬件与软件进行协调使之兼容，统一，这一步很重要，因为运行正常的软件载入开发板后往往不能出现预期的功效，这在我调试过程中就常常发生。最让人头疼的是，在程序调试和硬件调试结合时，程序编译无误，可硬件就是得不出预设的结果。这样，查找问题很难找到，所以在编程和硬件连接时不仅要细心，还要有严谨的逻辑。4.3调试结果调试结果如图4.1图4.4所示：图4.1开机显示图4.2最大速度图4.3最小速度图4.4 反转4.4使用说明通电后，系统默认显示0000，矩阵键盘的第一行的四个键控制电机，四个按键从左到右分别控制：开始/停止、加速、减速、正/反转。用定时器赋不同初值来控制电机速度；四位数码管显示电机的状态：开始、停止、速度大小、正反转。四位数码显示管前两位表加速、减速、正转或反转状态，后两位表示电机运转速度,最后两位显示00为停止状态，01为最低速度状态，12为最高速度状态。按键功能如下所述：（1） 按下开始/停止键（key_on_off），开始或停止，标志位on_off=1，则开始,显示0005，电机以速度05开始顺时针转动；否则为停止，则电机停止转动，显示0000。（2） 按下加速键（key_up），显示uu-，若按下加速键之前为停止状态，则电机以01速度启动转动，否则速度在原来的基础上+1，当达到最高速度12，则速度保持，再按下加速键不再加速，速度保持，显示uu12。（3） 按下按下减速键（key_down），显示dd-，若按下减速键之前为停止状态，则电机仍为停止状态，显示0000，否则速度在原来的基础上-1，当达到最低速度01，则速度保持，再按下减速键不再减速，显示dd01。（4） 若在按下正反转按键之前显示为0000，按下正反转按键，电机仍为停止状态，显示0000；按下正反转按键（key_left_righ），若标志位left_right = 0，则正转，显示 00-，否则反转，显示11-，后两位为转动的速度，按下正反转按键，只改变电机转动方向，不改变电机速度。（5） 按下复位按钮，电机会停止，系统复位到开机的状态。第5章 设计总结两周的课程设计，很充实。得到任务后，查阅资料、制定方案、软硬件设计、调试、修改。不断学习和深入的过程。在假期自学了单片机的c语言编程，所以这次课程设计用的c，不是汇编。在用c的过程中遇到许多程序问题。最开始是实现按键和显示功能，再把电机加进去。按键和显示功能较容易就实现了，可是在加进电机后，调试时，电机始终不转动，开始时的小甜头一扫而光，仔细检查了电机和程序，过程中不断调试，最后发现电机还是能动的，只是微动。仔细考虑原因，疑是电机驱动芯片有问题。在实验室借来万用表分别测试相位输出的对应引脚，确是芯片出了问题，在实验室换了块芯片后，电机终于能够转动起来。但发现电机正反转的速度不一样，且按键时电机停止转动，在老师的建议下使用定时器控制电机速度，且在按键松手检测调用显示函数的同时，也调用电机驱动函数，最终问题得到解决，得到收获。在以后的学习中，还会遇到各种不同的困难，但也是让我们提升的好机会，我会更加努力！谢谢老师和同学的帮助！第6章 参考文献1 王迎旭等.单片机原理及及应用m. 2版.机械工业出版社，2012. 2 高峰.单片微型计算机原理与接口技术m.电子工业出版社，2003. 3王守中.51单片机开发入门与典型实例m.人民邮电出版社，20074 戴灿金.51单片机及其c语言程序设计开发实例m.清华大学出版社，2010.5 胡汉才.单片机原理及其接口技术m.3版.清华大学出版社，2010.6 郭天祥.新概念51单片机c语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略.电子工业出版社，2009.附录附录1 原理图原理图如下图：附图1原理图附录2 程序清单#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit a1 = p30; /定义步进电机连接端口sbit b1 = p31;sbit c1 = p32;sbit d1 = p33;sbitkey_on_off = p17; /定义开始、停止按键 sbitkey_up = p16; /定义加速按键sbitkey_down = p15; /定义减速按键 sbitkey_left_right = p14; /定义正、反转按键 bit left_right = 0; /电机正、反转标志位 bit on_off = 0; /电机开始、停止标志uint pulse=12,num=0, table_begin=0; /定义脉冲、数 、正反转开始uchar led1=0,led2=0,led3=0,led4=0; /数码显示的四位段选ucharadd_count=0,count=0; /用于定时器中断uint j;uchar code table_z=0xf8,0xf4,0xf2,0xf1;uchar code table_f=0xf1,0xf2,0xf4,0xf8; /四相四拍 正反转代码/unsigned char code table_z=0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9; /顺时针转相位表(细分)/unsigned char code table_f=0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1; /逆时针转相位表(细分)/ /四相八拍 正反转代码uchar code table_duan=0x28,0xeb,0x32,0xa2,0xe1,0xa4,0x24,0xea, 0x20,0xa0,0x60,0x25,0x3c,0x23,0x34,0x74, 0x29,0xf7; /p0数码管段选，（共阳）地电平有效0f、u、-.uchar code table_wei=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7; /p2 位选void drive(); /声明驱动函数 /延时函数void delay(uint a)uinti,j;for(i=a;i0;i-)for(j=20;j0;j-); /显示函数void display() uchar i;for(i=0;i=2) /达最高速，保持速度不变,显示uu12 led3=1; led4=2; if(led4