步进电机控制课程设计.doc

单片机技术课程设计报告题 目： 步进电机控制综合实验学 年：20102011 学 期： 1专 业：通信工程 班 级： 01学 号：0804140103姓 名： 学 号：080401032 姓 名： 指导教师及职称： 时 间： 2011-1-13目录一、 设计目的-11. -2. -二、 设计要求-11-三、 模块原理说明及系统设计1-12.2.1 8031单片机系统-12.2 给定采样A/D转换电路-32.3 二相四拍步进电机步进电机驱动电路-42.4 LED显示8279显示接口电路-5四、 程序设计说明及框图1程序设计-62. 程序框图五、 设计结果说明1-9六、 总结1. 设计过程中遇到的问题及其解决方法。1） - 2设计体会及建议七、答辩记录一、设计目的1、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2、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。二、设计要求1、 系统硬件设计建立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。 2、 系统软件设计（内存分布、子程序出入口说明、流程图、程序）主程序设计（控制正反转及走步步数）、AD采样子程序、数码显示子程序、步进电机驱动子程序。3、 实验连线，运行编制好的子程序对各功能单元进行调试。4、 运行实验程序，结合硬件进行调试。5、 旋转给定电位器，观察步进电机是否按设计要求旋转。撰写实验报告。三、模块原理说明及系统设计1、系统的组成原理2、各单元的原理组成及功能2.1 8031单片机系统MCS-51单片机在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和I/O等一台计算机所需的基本功能部件。其内部包含下列几个部件： 8位CPU，片内振荡器； 4K字节ROM，128字节RAM； 21个特殊功能寄存器； 32根可编程IO口线； 可寻址各64K的外部程序存储器、外部数据存储器； 2个l6位的定时器计数器； 中断结构：具有5个中断源，2个优先级； 一个可编程全双工串行口； 有位寻址功能，适于布尔处理的位处理机。其引脚结构如图：8031系列单片机有40个引脚，采用双列直插（DIP）封装形式。引脚如上图所示，各引脚按功能分类介绍如下：1电源引脚Vcc(40脚)：供电电源5V。Vss(20脚)：接地线。 2外接晶体引脚XTAL1(18脚)和XTAL2(19脚)当利用内部时钟电路时，XTAL1与XTAL2之间接一晶体振荡器。XTAL1为内部放大电路输入端，XTAL2为输出端。当外接时钟信号时，对于HMOS型单片机，XTAL1接地，XTAL2接外部输入时钟脉冲。而对于CHMOS型单片机XTAL1为驱动端，XTAL2为悬浮。3控制信号引脚RSTVDP(9脚)：按复位电路可实现复位；接5V备用电源，当电源Vcc掉电时内部RAM的数据不丢失。(30脚)：当访问外部存储器时， ALE作为低位地址锁存允许控制；对于8751的片内EPROM编程，PROG用于输入编程脉冲。(29脚)：访问片外程序存储器时作读选通信号，低电平有效。(31脚)：当 端保持高电平时，访问内部程序存储器(4KB)，但当PC(程序计数器)值超过0FFFH时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当 保持低电平时，则只访问外部程序存储器(从0000H地址开始)，不管单片机内部是否有程序存储器。由于8031内无ROM， 端应接低电平。 对于8751EPROM型单片机，此引脚用于施加编程电源Vpp。4输入输出口引脚8051共有四个八位I/O口，共占用32个引脚。P0口（P0.0P0.7）占用3239脚；P1口（P1.0P1.7）占用18脚；P2口（P2.0P2.7）占用2128脚；P3口（P3.0P3.7）占用1017脚；2.2 给定采样A/D转换电路在单片机实时控制和智能仪表等应用系统中，被控或被测对象往往是一些连续变化的模拟量，如温度、流量、速度等物理量。这些模拟量必须转换为数字量才能输入计算机进行处理。A/D转换器在单片机应用系统中作为输入通道。本次试验用的A/D转换器是是属于逐次逼近比较型ADC0809，将输入电压范围为0+5V的模拟电压转换为值为00FF的数字信号。（1）0809引脚结构说明IN0IN7：8条模拟量输入通道 ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。 C B A 选择的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 数字量输出及控制线：11条 ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。 CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ， VREF（），VREF（）为参考电压输入。（2）ADC0809的接口电路如下图所示2.3 二相四拍步进电机步进电机驱动电路（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。通电次序如下图所示：（2）步进电机控制电路如下图所示：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。运行测试参考程序STEP.ASM，步进电机应顺时针转动；交换A、A（或B、B），电机应逆时针转动。以上说明该模块正常。测试程序STEP.ASM如下：CSEG AT 4000H LJMP START CSEG AT 4030HSTART: MOV A, #03H MOV P1，A LCALL DEL0 MOV A, #06H MOV P1，A LCALL DEL0 MOV A, #0CH MOV P1，A LCALL DEL0 MOV A, #09H MOV P1，A LCALL DEL0 LJMP START DEL0: MOV R2, #0FFHDEL1: MOV R3, #100 DJNZ R3, $ DJNZ R2, DEL1 RET END2.4 LED显示8279显示接口电路8279是一种可编程的键盘、显示器接口芯片。各管脚的功能从略。8279芯片内部有专门用于存储显示数据的RAM区，共有16个字节，地址排列从ooH到OFH。8279芯片的扫描线有译码扫描和编码扫描2种工作方式2。当采用译码扫描方式时，8279只能送出显示RAM中前4个字节的内容(地址为ooH03H)，因而最多只能扫描4个LE数码管。当采用编码扫描方式时，扫描输出线SL3SLO经过“416”译码后，可以选择16个LED数码管，个LED数码管显示的字符分别对应8279显示RAM区的ooHoFH中内容。将8279的命令字设置成：读或写以后地址自动加1，左端输入。当SL3SL0为oooo时，显示数据输出线上输出为显示RAM区中的第1位(ooH中的内容)。当SL3SLO为ooOl时，显示数据输出为显示RAM区中的第2位(01H中的内容)。依次类推，当SL3SLo为1111时，显示数据输出为显示RAM区中的第16位(0FH中的内容)。因而，8279送出的显示数据，与GPU写入8279内部16个字节显示RAM区的数值，存在着一一对应的关系。（1）8279各引脚描述如下：D0-D7(数据总线)：双向、三态，总线。与系统的数据，总线相连，在CPU和8279之间传送命令或数据。(RD、WR(读、写信号)：输入线，来自CPU的控制信号，低电平有效，控制8279的读、写操作。A0(缓冲器地址)：输入线。当A0=I时，若CPU进行写操作，则写入的数据为命令字。若进行读操作，则读出的数据为状态字。当A0=0时，CPU读写的均为数据。(CS(片选)：输入线，低电平有效。CS=0时，8279被选中，允许CPU进行读写。(CLK(系统时钟)：外部时钟信号输入线。8279通过内部定时器将该信号变为内部时钟。内部时钟的频率高低决定了显示器的扫描时间。OUTA0-OUTA3，OUTB0-OUTB3(A组、B组显示信号)：两组引线均是显示信息输出线，它们与多路数字显示的扫描线SL0-SL3同步。两组数据输出线可独立使用，也可合并使用。合并时，OUTA3为最高位，OUTB0为最低位。Sk0-S13(扫描线)：这4条输出线用来扫描键盘和显示器。有两种工作方式，即译码(4选1)和编码(16选1)输出。方式的选择可以通过对8279的编程来实现。（2）8279在本次试验中的显示接口电路如下图：四、程序设计说明及框图1.程序设计 步进电机控制实验的程序设计包括：主程序设计（控制正反转及走步步数）、AD采样子程序、数码显示子程序、步进电机驱动子程序。采用分支结构来实现：NAME stepper position control PORT EQU 0CFA0H CSEG AT 0000H LJMP START CSEG AT 4100HSTART: MOV SP,#60H MOV 34H,#00110011B ;初始脉冲编码 MOV DPTR,#PORT ;启动通道0 MOVX DPTR,A ;选用查询方式读取转换结果 SETB P3.0 JNB Pp3.0,$ MOVX A,DPTR MOV 30H,A ;30H-上次位置(采样值) NOP NOPLOOP: CALL ADC ;显示当前采样值(位置)LCALL ADC;CALL DISPLAY MOV R1,35H LCALL DISPMOV A,35H CJNE A,30H,NEXT ;当前采样值发生变化，进入处理程序NEXT LJMP LOOP ;当电位器没动（两次采样值相同），返回循环体NEXT:JC FANZHUAN ;当前采样值比上次采样值小，进入正转程序ZHENGZHUAN SUBB A,30H ;当前采样值比上次采样值大，直接求走动步数 MOV R7,A MOV A,#33HL1: MOV P1,A ;送反转脉冲 RL A RL A LCALL DEL0 DJNZ R7,L1 SJMP F_RESTO NOPZHENGZHUAN:CLR C ;求正转步数 XCH A,30H SUBB A,30H MOV R7,A MOV A,#33H L2: MOV P1,A ;送正转脉冲 RR A RR A LCALL DEL0 DJNZ R7,L2F_RESTO:MOV 34H,A ;记录停转时的脉冲编码 MOV A,35H ;用当前采样值更新上次位置（30H） MOV 30H,A ; LJMP LOOP ;走步结束，返回循环体 RET ;ADC SUB_PROG OUT_PORT:35HADC:MOV DPTR,#PORT ;循环体入口，由采样给定电位器开始 MOVX DPTR,A SETB P3.0 JNB P3.0,$ ; MOVX A,DPTR MOV 35H,A ;将当前采样值保存在35H中RET;DISPLAY SUB_PROG IN_PORT:R1 DISP: MOV A,R1 ;从R1中取转换结果 SWAP A ;分离高四位和低四位 ANL A,#0FH ;并依次存放在50H到51H中 MOV 50H,A MOV A,R1 ANL A,#0FH MOV 51H,A MOV DPTR,#0CFE9H ;写显示RAM命令字 MOV A,#90H MOVX DPTR,A MOV R0,#50H ;存放转换结果地址初值送R0 MOV R1,#02H MOV DPTR,#0CFE8H ;8279数据口地址 DL0: MOV A,R0 ACALL TABLE ;转换为显码 MOVX DPTR,A ;送显码输出 INC R0 DJNZ R1,DL0 SJMP D_DEL1 TABLE: INC A MOVC A,A+PC RET DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H D_DEL1:nop retDEL0:MOV R2,#0FFHDEL1:MOV R3,#10 DJNZ R3,$ DJNZ R2,DEL1 RET END 五、设计结果说明1.按照各模块之间的连接好电路，启动51软件，同时然后单片机复位，建立asm文件，输入编写的软件程序。2.进行程序的调试运行3.结果描述：当电位器正向旋转时，步进电机正转；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。六、总结经过两周时间的努力，我们顺利的完成了本次课程设计1.设计过程中遇到的问题及其解决方法2.设计体会及建议本次课程设计是在我们学习了MCS-51单片机原理及应用这门课基础之上，综合我们所做过P1口，串行口，定时器等试验。要求我们要建立系统的概念。学会用给定的模块建立具有一定功能的系统。本次课程设计我们选择的课题是步进电机控制实验，要求我们通过软硬件设计，实现对不步进电机实现正反转及停转和走步步数的控制。用到的模块有8031单片机，A/D转换模块，步进电机驱动模块，电位器位置显示模块。刚拿到实验课题的，我们都有点迷茫，不知道该从哪里入手，毕竟我们以前做的试验都是针对模块进行的，要我们一开始建立系统确实有点难度，根据老师所给的资料，我们在图书馆查询了有一些相关的资料，并在网上进行搜索，第一周结束的时候，我们终于对本次课程设计有了一定的了解，对各个模块的作用及它们的相互连接有了一定的了解，画出了系统的硬件原理图。第二周是我们进行软件设计和进行调试的时间，在这个星期里，我们每天都要去实验室进行调试，通过一些资料的参考，我们最终完成了本次试验的软件设计，成功的实现了对步进电机的控制。经过这次课程设计，使我们有了系统的概念，学会了建立系统去解决问题，提高了我们的动手实践能力，加深了我们对单片机系统及其应用的理解，是我们的理论知识和时间更好的结合，同时巩固了我们以前所做的模块试验，总之，这次课程设计使我们受益良多，将成为我们以后学习和实践中一次有意义的记忆。当然，我们这次试验还存在一些我们没有解决的问题 1.试验结果中，单片机停转时，电位器不稳定致使步进电机左右抖动，我们应该再加一个消除抖动的软件程序。2.步进电机在启动时不是从0刻度的位置开始转动的，应该在程序初始化是进行一定的设计，使她能从0刻度处转动。七、答辩记录1.CS0809接的CSO的地址范围是多少？答：CS0的地址范围是CFA0H到CFA7H，在本次设计程序中选用了CFA0H这一地址作为CSO的地址，当然还