单片机课程设计_步进电机.docx

单片机课程设计一、 课程设计基本要求：微型步进电机控制系统设计要求：要求掌握模/数转换电路的应用、掌握8279数码显示电路的应用、掌握步进电机的工作原理和控制方法。通过了解各个子模块功能单元构筑完整的微机控制系统的能力，掌握单片机控制系统的设计方法。、通过图书馆和internet 广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料。、建立8031单片机与各功能单元的连接，画出系统原理图。并给出必要的文字说明。、系统软件设计，包括主程序设计、ad采样子程序、数码显示子程序、步进电机驱动子程序，并给出流程图。、根据二相四拍步进电机说明和根据驱动控制电路说明，画出步进电机控制模块原理图。、驱动电路的设计。、画出完整的主电路原理图和控制电路原理图。、列出系统所用元器件的明细表。课程设计报告基本格式要求：课程设计用纸和格式统一：参考有关学校和系部的课程设计格式规定。封面：严格按照武汉工程大学课程设计封面填写。目录内容：1. 设计的基本要求（给出所要设计的装置的主要技术数据和设计装置要达到的要求（包括性能指标），最好简述所设计装置的主要用途）2. 总体方案的确定原则：达到性能要求经济性好追求高性能价格比高可靠性维护维修方便3具体电路设计（系统构成、主电路设计、控制电路设计等）4软件设计5附录（电路图、软件代码和元器件明细表等）6参考文献 指导教师签字： 教研室主任签字： 月 日 年 月 日二、进度安排：第一天 布置课题、落实任务、确定课题及组织形式、收集课题相关的技术资料。第二天 方案论证、分析、讨论。第三、四天 电路设计、设计各模块程序框图。第五天 软件设计。第六天 软件调试、调试。第七天 调试。第八天 调试、整理资料、写课程设计报告。第九天 写课程设计报告。 第十天 递交课程设计报告、总结。三、应收集资料及主要参考文献：1.mcs-51单片机原理及应用 秦实宏，徐春晖。华中科技大学出版社2.单片微机应用系统设计及实用技术 高峰。机械工业出版社3.电动机的单片机控制 王晓明。北京航空航天大学出版社4.单片机课程设计指导 楼然苗，李光飞。北京航空航天大学出版社5.单片机原理与程序设计实验教程 于殿泓，王新年。西安科技大学出版社6.电子技术基础 康华光。高等教育出版社7.单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础 李群芳，肖看。清华大学出版社四、课程设计（学年论文）摘要（中文）：单片机自问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的关注和重视，应用很广发展很快。特别是51单片机是各单片机中最为典型的一种。本课程设计基于单片机原理和接口技术，以8031为控制核心，通过0809对电位器的电压信号采样转换，实现对步进电机的控制，使电位器转过的角度与步进电机的步数成线性关系。关键字：单片机 步进电机 a/d转换五、课程设计（学年论文）摘要（英文）：abstract since the advent of single chip, high performance and low cost with great concern and attention by people, is widely used rapid development. in particular, the scm 51 single chip is the most typical one. the course design is based on single chip principles and interface technology, to 8031 for the control of the core, through the 0809 pairs potentiometer voltage signal sampling conversion, the stepper motor control, so that the angle of turn potentiometer and the stepper motor steps into linear relationshipkey words：single chip stepper motor a / d conversion六、成绩评定：指导教师评语： 指导教师签字： 200 年 月 日项目评价项目评价调查论证工作量、工作态度实践能力分析、解决问题能力质量创新得分总评成绩：（教师评分75%+答辩成绩25%）课程设计评审标准（指导教师用）评价内容具 体 要 求权重调查论证能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。0.1实践能力能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究工作。如装置安装、调试、操作。0.2分析解决问题能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。0.2工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。0.2质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。0.2创新工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。0.1目录引言1. 硬件设计1.1电位器信号采样a/d转换电路.61.2 led显示8279显示电路.71.3二相四拍步进电机步进电机驱动电路.81.4 单片机及扩展电路.82 软件设计 2.1 程序流程图 .92.2汇编程序 代码.123 调试及心得体会164 附录 4.1元器件明细表17 4.2 整体电路图 引言步进电机是纯粹的数字控制电动机。它能接受步进脉冲（数字信号）的控制一步一步地旋转。它是计算机应用项目中的主要执行元件之一，尤其在精确定位场合中得到了广泛的应用。开环控制适用于步进电机，将这学期所学的单片机知识用于步进电机的控制可以将课本知识运用于实际同时加深对单片机的掌握。步进电机的控制相对简单且便于观察控制结果，在课程设计的过程中发现问题解决问题，可以增强解决实际问题的能力。通过这次课程设计掌握对步进电机的基本控制将为以后更熟练地控制步进电机奠下基础。步进电机控制课程设计目的：掌握a/d转换电路的应用、掌握8279数码显示电路的应用、掌握步进电机的工作原理和控制方法；锻炼和培养由各个子模块功能单元构筑完整的微机控制系统的能力，掌握单片机控制系统的设计方法。课程设计任务：用数码管来指示电位器所在的位置，用电位器来控制步进电机的转动：当电位器正向旋转时，步进电机正传；当电位器反向旋转时，步进电机反转；当电位器不动时，步进电机停转；而且，步进电机转动的角度与电位器旋转的角度成线性关系。 1 硬件设计 要实现课程设计的要求，首先要对电位器的电压信号进行采样并转换成数字信号供单片机处理，电位器输出的电压在05v 范围，故可以选用adc0809型模数转换芯片。因只有1路模拟信号，输入通道只用选用in-0。adc0809的8路输出信号送到单片机8031的p0口。单片机将输入来的信号转换成相应的电压数值通过8279显示在数码管上，将控制步进电机的脉冲按照一定的顺序通过驱动电路控制步进电机。系统的组成原理如图1所示。a/d转换电路8031单片机步进电机驱动显示电路步进电机+5v图11.1电位器信号采样a/d转换电路电位器的位置信号转换成相应的电压信号并通过in-0口输入给模数转换芯片，add-a、add-b、add-c分别接单片机的p0.0、p0.1、p0.2口，选中模拟通道0，转换后的8位数字信息通过d7d0送给单片机的p0口。对0809的控制通过ale、enable、start实现，具体电路如图二所示，图中1接单片机的wr，2接单片机的rd，3接0809的有效地址，根据试验箱的接线知cfa0h是其有效位，再根据8279的地址有效位为了将两者区分且简单起见，分配给0809的地址为xxax，具体电路见总原理图。图21.2 led显示8279显示电路8279是一种通用可编程键盘、显示器接口芯片，它能完成键盘输入和显示控制两种功能。在这次课程设计中只用到显示控制功能。cs是片选信号，只有当cs=0时，8279才被选通，单片机才能对其进行读写操作。rd、wr来自单片机的读写控制信号。a0用于区别信息的特性，当a0=0时，表示输入的信息均为数据；当a0=1时，表示输入的信息是指令，而输出的信息是状态字。分配给8279的数据口的地址为cfe8h，控制口为cfe09h。在原理图中省去其他未用到模块，给数据口的地址为xxe8h，控制口为xxe9h。模块电路如图3所示图31.3 二相四拍步进电机步进电机驱动电路1.3.1步进电机的工作原理本模块中使用的二相四拍步进电机共有50个齿，齿距角为7.2；每转一个齿距角需走四步，因而步距角为1.8。另外必须按照一定的次序给每个相通电，才能正常完成四步一个齿距的动作。电机每相电流为0.2a，相电压为5v。通电次序如图4所示：图41.3.2控制电路如图5所示：步进电机有四根引出线。红、绿为一组，红线接a，绿线接a；黄、蓝为一组，黄线接b，蓝线接b。图5现就其中一相进行分析，当控制信号为高时，经反向器后变为低电平，低电平使上面的三极管导通下面的三极管关断，从而使输出给电机的电压为vcc即为高电平。当控制信号为低时，同样可分析得上面的三极管关断下面的三极管导通，输给电机的的电压为0即低电平，保持了控制信号与经驱动后的信号的一致性。1.4 单片机及扩展电路选用的为51系列的8031型单片机，因8031单片机没有内部程序存储器故需要扩展外部程序存储器，ea=0，设计中用2716芯片为单片机扩展2k的外部程序存储器，2k=211故需要11根地址线对其选址，其中a0a7接单片机的p0口相应位，a8a10分别接到单片机的p1.0p1.2。因p0口数据地址分时复用所以要在p0口和2716间加一锁存器74ls373锁存低八位地址信号。并通过ale信号对锁存器进行控制。电路如图6所示。图6 硬件电路总体设计和连线如附图所示。2 软件设计2.1 程序流程图程序开始后首先初始化，经0809采样后将电位器的电压通过显示子程序显示，并将两次采样值进行比较并得到脉冲数，调用步进电机控制子程序控制步进电机的正反转与步数。程序开始初始化起动0809延时等待转换结束读入转换值并送入r2，r3起动0809延时等待转换结束读入转换值（a中）第k-1次值送r3，第k次值送r2a-r3得脉冲数送r1步进电机控制子程序 图7 主程序流程图 主程序流程图如图7所示。关键在于当有借位即反转时，两次采样差值并不是脉冲数，要经过响应处理的到实际脉冲数。y从r1读入脉冲数脉冲数减1给电机送脉冲给电机送脉冲延时脉冲为0 ?脉冲数5?脉冲数=0？cy=0？退出子程序脉冲数26?求十分位送r1yn图9 8279显示子程序 8279显示子程序流程图如图9所示，将得到的8位二进制值转换成对应的电压值是关键。2.1 汇编程序代码采样差值每一个单位步进电机前进一步org 0000hljmp mainorg 4100hmain:mov dptr,#0cfa0hmov p1,#00hmov 30h,#0ch；写正反转控制脉冲表mov 31h,#06hmov 32h,#03hmov 33h,#09hmov 34h,#09hmov 35h,#03hmov 36h,#06hmov 37h,#0chmovx dptr,a；启动0809转换mov r0,#0ffh；延时等待0809转换结束lop: djnz r0,lopmovx a,dptr；读入转换值送r4保存mov r4,alcall disp；调用显示子程序显示电压值mov a,r4mov r3,amov r2,aloop1:movx dptr,a；启动0809转换mov r0,#0ffh；延时等待0809转换结束lop1: djnz r0,lop1movx a,dptr；读入转换值送r4保存mov r4,alcall disp；调用显示子程序显示电压值mov a,r4mov 3ah,r2；r2值送r3，即k-1次采样值送r3mov r3,3ahmov r2,a；k次采样值送r2 clr cy；cy清零为减法做准备subb a,r3；（k）（k-1）送r1mov r1,alcall control；调用步进电机子程序ljmp loop1； 电机控制程序control:mov a,r1；脉冲数为0则结束 jz loop7jc loop2；有借位则跳入反转subb a,#5jc loop7；脉冲数小于5则结束mov r0,#30h；正转控制表首地址给r0loop3:mov a,r0；写p1口，给控制脉冲mov p1,alcall dly；调用延时inc r0；地址+1cjne r0,#34h,loop4；地址超出范围则赋首地址值mov r0,#30hloop4:djnz r1,loop3；脉冲数-1为0则结束，否则给下一脉冲ljmp loop7； 反转loop2:mov r0,#34h；反转控制表首地址给r0mov a,r1；求脉冲数cpl ajnz loop8inc aloop8:mov r1,aclr cysubb a,#5；脉冲数小于5则结束jc loop7loop5:mov a,r0；写p1口，给反转控制脉冲mov p1,alcall dly；调用延时inc r0；地址+1cjne r0,#38h,loop6；地址超出范围则赋首地址值mov r0,#34hloop6:djnz r1,loop5；脉冲数-1为0则结束，否则给下一脉冲loop7:clr a；子程序返回ret； 8279显示子程序disp:push dph ；入栈保护push dplpush pswmov dptr,#0cfe9h；显示ram显示方式,8字符左入口显mov a,#00hmovx dptr,amov a,#0d0h；;清除显示rammovx dptr,aqcz:movx a,dptrjb acc.7,qcz mov b,#51 mov a,r4；要显示的8位2进制代码送入a div ab；a除以51，商a，余b mov r0,a；个位存入r0 mov a,bclr cy subb a,#26；判断余数是否大于26 jc oop mov b,a；大于26，求得十分位存入r1 mov a,#10 mul ab mov b,#51 div ab add a,#5 mov r1,a ajmp oop2；小于26，十分位存入r1oop:mov a,#10mul abmov b,#51div abmov r1,aoop2:mov dptr,#0cfe9h；写显示ram命令字 mov a,#90h movx dptr,amov dptr,#0cfe8hmov a,r0；个位显示驱动代码送入8279显示ram中0000b单元acall table1movx dptr,amov a,r1；十分位显示驱动代码送入8279显示ram中0001b单元acall table2movx dptr,a lcall dly；延时使显示稳定 pop psw；出栈恢复pop dplpop dph rettable1: inc a；个位译码子程序 movc a,a+pc retdb 0bfh,86h,0dbh,0cfh,0e6h,0edhtable2: inc a；十分位译码子程序 movc a,a+pc retdb 3fh,06h,5bh,4fh,66hdb 6dh,7dh,07h,7fh,6fh；延时子程序dly:mov r7,#100dly1:mov r6,#100nopdly2:djnz r6,dly2djnz r7,dly1retend3 调试及心得体会这次课程设计虽然历时不是很长，实现的功能也不是很复杂但在整个过程还是让我感触颇深同时也学到了许多课本上学不到的知识。我们选择了步进电机的控制这个题目，因为我们组的组员一致认为在今后的学习和深造的过程中对步进电机以及其它类型的电机的控制肯定会非常多，现在掌握一些电机控制的基本知识并实现所规定的简单控制功能，能为将来打下牢固基础，而且步进电机的控制容易观察到控制的效果，激起组员的兴趣。在整个设计过程中我们小组五名组员根据具体情况合理分工，最大可能的发挥各自的特长，在最短的时间内完成了设计调试任务。我主要负责了主程序和电机控制程序的编写，而8279显示程序，硬件连线，查资料均由其他同学完成。在编写程序之前，我们讨论了总体方案，编写了各个部分的流程图，在后来编程的过程中我认识到流程图对于汇编编程是非常重要的，特别是在编写跳转程序的时候。汇编语言虽然相对比较复杂，但逻辑性很强，让我加深了对单片机硬件结构的理解。程序调试时我们采用了分块调试的方法，先完成了0809模数转换和8279显示部分的调试，让数码管能够同步显示电位器的电压。而后对步进电机控制部分的程序进行了调试，起初问题很大，电机一直反转不受控制，按照程序的设计不应该这样且找不出程序的错误，在用了单步调试并观察寄存器内存的变化后发现在求步数即求脉冲时，若有借位，两次采样的差值并不像我们所想象的不数，因为有借位，被减数加了256，经演算发现若有借位时，差值各位去反加一后才得到脉冲数。这一问题解决后，步进电机电机基本受控制，但最后左右两边不断震动无法停止。我们分析认为可能是因为0809的精度不高使得采样值不断变化而无法稳定，于是我们采取了如果不属小于