步进电机课程设计.doc

目录 摘要 I 第 1 章 绪论 1 1 1 课题描述 1 1 2 任务 1 1 3 要求 1 第 2 章 硬件方案设计 2 2 1 硬件分析 2 2 2 硬件电路图 3 第 3 章 软件设计分析 5 3 1 主程序分析 5 3 2 电机程序分析 5 3 3 数码管显示程序分析 6 3 4 中断程序分析 7 3 5 键值处理分析 7 第 4 章 仿真分析 9 4 1 PROTEUS简介 9 4 2 仿真结果 10 第 5 章 课程设计总结 11 参考文献 12 附录一 源程序 13 附录二 个人总结 21 邵阳学院课程设计 论文 1 第 1 章 绪论 1 1 课题描述 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件 在 非超载的情况下 电机的转速 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数 而 不受负载变化的影响 当步进驱动器接收到一个脉冲信号 它就驱动步进电机按设 定的方向转动一个固定的角度 称为 步距角 它的旋转是以固定的角度一步一步 运行的 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量 从而达到准确定位的目的 同时 可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度 从而达到调速的目的 步 进电机广泛应用于ATM机 喷绘机 刻字机 写真机 喷涂设备 医疗仪器及设 备 计算机外设及海量存储设备 精密仪器 工业控制系统 办公自动化 机器人 等领域 1 2 任务 1 用四位数码管显示步进电机的步数 2 通过L298输入序列驱动使步进电机转动 3 实现步进电机的正转与反转控制 4 实现步进电机的加速与减速控制 5 实现步进电机的开始与停止 暂停与继续的切换控制 6 实现步进电机的清零控制 1 3 要求 1 以单片机为控制核心 运用模电 数电知识实现方案设计 电路的设计 程 序设计 并在PROTEUS电子设计平台实现仿真 2 课程设计论文内容正确 结构合理 邵阳学院课程设计 论文 2 第 2 章 硬件方案设计 2 1 硬件分析 1 数码管显示屏模块设计 图 2 1 数码管显示示意图 上图数码管要显示的数据接P0口 通过P0口数据读取 控制要显示的数字 P3 4 P3 7控制数码管的位显示 分别从左到右显示 如P3 4控制左边第一位 显示 P3 7控制最后一位显示 作用是控制位显示 P3口复位为高电平 数码管 会关闭 2 驱动控制模块设计 图 3 2 步进电机驱动示意图 邵阳学院课程设计 论文 3 步进电机的驱动电路主要是用L298芯片来驱动 驱动电路和显示电动机旋转 状态的模块图如图3 2所示 L298芯片SENSB SENSA GND各脚接地 VS接12V电压 VCC接5V电压 通过P1 0到P1 3输入步进电机转动脉冲序 列到步进电机驱动芯片L298四个输入端 再从L298四个输出端控制步进电机转 动 L298输入端接5K 电阻保护L298驱动芯片不被烧坏 3 按键模块设计 图 3 3 按键模块示意图 该键盘由4行4列16个按钮组成 L0到L3接P2 0到P2 3 H0到H3接 P2 4到P2 7 按钮实现转数的输入控制 以及转动方式控制与速度控制 暂停与 继续 开始与停止控制 2 2 硬件电路图 步进电机由驱动模块 数码管显示 和按键模块组成 其总电路如图3 4所示 邵阳学院课程设计 论文 4 图 2 2 步进电机总电路示意 键盘由4行4列16个按钮组成 L0到L3接P2 0到P2 3 H0到H3接P2 4 到P2 7 按钮实现转数的输入控制 其中H0 H3接一个与门 再接到单片机 P3 3 口实现外部中断 通过按键 实现中断 单片机读入按键 并作相应的处理来 控制步进电机和数码管显示 实现步进电机的正转与反转 暂停与继续 开始与停 止 加速与减速和清零的控制 当单片机接收到控制指令并作相应的处理后 协调 处理数码管显示和步进电机的转动 通过P0口把要转动的步数显示出来 数码管 显示位由P3 4 P3 7控制 输入要显示的数字到P0口 再开启位显示 显示出 要执行的步数 通过P1 0 P1 3输入步进电机转动序列 P1 0 P1 3接步进电 机驱动芯片L298的输入端 步进电机接步进电机驱动芯片L298的输出端 实现 步进电机的转动 邵阳学院课程设计 论文 5 第 3 章 软件设计分析 3 1 主程序分析 主程序流程图如图3 1所示 开始 程序初始化 设定标志值 开中断 调用DIANJI 调用LED 图 3 1 主程序流程示意图 开始将R1 25H 26H分别设为正转 反转 开始 停止 暂停 继续的标志位 将数码管显示的3个单元20H 21H 22H清零 再给定时器赋初值 开启中断 后 调用电机程序 看步进电机的转动情况 再调用数码管显示程序显示步进电机 转动的步数 显示完后程序重新开始 3 2 电机程序分析 电机程序流程图如图3 2所示 开始 电机是否启动 电机是否暂停 电机是否正转 调用正转函数 Y N Y 调用反转函数 N N Y 返回 图 3 2 电机主程序流程示意图 进入电机程序后 先判断开始 停止标志单元25H是否为开始转动标志 若不 邵阳学院课程设计 论文 6 转动怎返回主程序 若转动则判断暂停 继续标志26H单元是否为暂停标志 若为 暂停标志则返回主程序 否则判断是正转还是反转 相应的调用正反转转动的序列 完后返回主程序 3 3 数码管显示程序分析 数码管显示程序流程图如图3 3所示 开始 计算三位数码 管显示的值 开启数码管显 示 调用延迟程 序 分别显示 个 十 百位 返回 图 3 3 数码显示程序流程示意图 开始将转动步数R6的值除以100 得到百位显示的数值存到20H单元 接着 讲除以100后的余数除以十得到十位显示的数值存到21H单元 余数为个位的数 值存到22H单元中 然后开启显示将个位 十位 百位的数值在数码管上显示出来 3 4 中断程序分析 中断程序流程图如图3 4所示 邵阳学院课程设计 论文 7 开始 A进栈 R2 R3清零 是否按键 是否抖动 计算键值 调用键值处理 A出栈 返回 Y N Y N 图 3 4 中断程序流程示意图 进入中断程序后 首先将A入栈 将计算键值的R2 R3清零 然后扫描键盘 扫描键盘时 R2标记行 R3标记列 判断是哪个键按下去了 再调用延迟 判断 是否是抖动 消除抖动后 将R2的值乘以4再加上R3的值就是键值 将键值存 到R7中 调用键值处理程序 处理完后 将A出栈 3 5 键值处理分析 键值处理流程图如图3 5所示 邵阳学院课程设计 论文 8 开始 将键值送给A 是否是数值 处理 是否是清零 是否是开始 停止键 是否是暂停 继续键 数值处理 将数值限定在 255内 R6清零 改变开始 停 止标志 改变暂停 继 续标志 返回 执行加减速处 理 Y NNNN YYY 图 3 5 键值处理流程示意图 进入键值处理程序后 先将键值给A 如果键值等于 0 1 2 4 5 6 8 9 10 12 则将键值赋给22H单元 若显示值R6大于26则返 回 若R6等于25则输入的数值不能超过5然后将R6乘以十再加上22H单元的 值就为显示的步数 若R6小于25则将R6乘以十再加上22H单元的值就为显示 的步数 若键值等于3则将正反转标志单元R1高四位和低四位互换 若键值等于 7则将R6清零 使转动步数为零 若键值等于11 则将R5减一使延迟减短 若键 值等于13则将开始停止标志单元25H高四位和低四位互换 如果键值等于14则 将暂停 继续标志单元26H的高四位和低四位互换 若键值等译15则将R5加一 使延迟加长 完后返回中断 邵阳学院课程设计 论文 9 第 4 章 仿真分析 4 1 proteus 简介 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件 它 不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能 还能仿真单片机及外围器件 它是目前 最好的仿真单片机及外围器件的工具 虽然目前国内推广刚起步 但已受到单片机 爱好者 从事单片机教学的教师 致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐 Proteus是世界上著名的EDA工具 仿真软件 从原理图布图 代码调试到单片 机与外围电路协同仿真 一键切换到PCB设计 真正实现了从概念到产品的完整 设计 是目前世界上唯一将电路仿真软件 PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合 一的设计平台 其处理器模型支持 8051 HC11 PIC10 12 16 18 24 30 DsPIC33 AVR ARM 8086和 MSP430等 2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器 并持续增加其他系列 处理器模型 在编译方面 它也支持IAR Keil和MPLAB等多种编译器 它具 有完善的电路仿真功能 ProSPICE混合仿真 基于工业标准SPICE3F5 实现数字 模拟电路的混合 仿真 超过27000个仿真器件 可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设 计仿真器件 Labcenter也在不断地发布新的仿真器件 还可导入第三方发布的仿 真器件 多样的激励源 包括直流 正弦 脉冲 分段线性脉冲 音频 使用wav文件 指数信号 单频FM 数字时钟和码流 还支持文件形式的信号输入 丰富的虚拟仪器 13种虚拟仪器 面板操作逼真 如示波器 逻辑分析仪 信 号发生器 直流电压 电流表 交流电压 电流表 数字图案发生器 频率计 计数器 逻辑探头 虚拟终端 SPI调试器 I2C调试器等 生动的仿真显示 用色点 显示引脚的数字电平 导线以不同颜色表示其对地电压大小 结合动态器件 如电 机 显示器件 按钮 的使用可以使仿真更加直观 生动 高级图形仿真功能 ASF 基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标 包括工作点 瞬态特性 频率特性 传输特性 噪声 失真 傅立叶频谱分析等 还可以进行一致性分析 在PROTEUS绘制好原理图后 调入已编译好的目标代码文件 HEX 邵阳学院课程设计 论文 10 可以在PROTEUS的原理图中看到模 拟的实物运行状态和过程 4 2 仿真结果 该程序通过按键进行步进电机的转数设置 以及转动方式控制与速度控制 暂 停与继续 开始与停止控制 通过键盘输入数字确定转数 按开始按钮启动步进电机 通过正 反转按钮控制 转动方式 清零按钮将转数清零 加速与减速按钮控制转动的速度 其运行仿真效 果如图4 1所示 图 4 1 步进电机正常运行仿真图 邵阳学院课程设计 论文 11 第 5 章 课程设计总结 通过这次课程设计使我们充分的理解了单片机原理及步进电机的基本原理 熟 悉了汇编语言编程和proteus仿真软件的使用并能用数码显示管进行显示 以及行 列扫描的应用 同时进一步掌握了中断的应用 及与门的使用 此次课程设计的设 计过程也是我们对单片机的温习过程 熟悉了数字电子技术基础以及对模拟电子技 术基础进行了全面的巩固 加深了对电子技术的理解与应用 在此次设计过程中 我们也遇到过很多困难 查阅过一些资料和某些指令的用法 虽然此次的程序不是 很完美 没有加入一些更完善 更复杂的功能 但是总体还是一个比较能体现单片 机各知识点能力的课题了 在刚开始编程的时候 我们感到有点无从下手 但经过 对题目的详细分析和思考之后 画出详细的流程图 我们就知道具体应该做什么 怎么做了 经过几天的研究和编程 我们完成了这个程序 同时这次课程设计 我 们学到了很多东西 这是在课堂上无法做到的 同时 非常感谢我的老师和同学对我们的细心指导与帮助 使我们对问题的了 解更深 理解更透彻 邵阳学院课程设计 论文 12 参考文献 1 李泉溪 单片机原理与应用实例仿真 北京 北京航空航天大学出版社 2009 8 2 江世明 基于 proteus 的单片机应用技术 北京 电子工业出版社 2009 3 胡宴如 耿苏燕 模拟电子技术基础 北京 高等教育出版社 2008 5 4 张克农 数字电子技术基础 北京 高等教育出版社 2009 11 邵阳学院课程设计 论文 13 附录一 源程序 ORG 0000H LJMP MAIN1 ORG 000BH LJMP TIME ORG 0013H LJMP ZD ORG 0100H MAIN1 MOV R0 0 MOV R4 0 MOV 66H 10 MOV R1 0FH MOV 25H 0FH MOV 26H 0FH MOV R5 10 MOV TH0 0E0H MOV TL0 0F0H MAIN MOV 20H 00H MOV 21H 00H MOV 22H 00H MOV 23H 00H 显示值为 0 MOV P2 0F0H MOV P1 0 步进电机不转动 MOV P3 00001000B MOV 60H 11111110B SETB EX1 SETB IT1 SETB ET1 SETB ET0 SETB IT0 邵阳学院课程设计 论文 14 SETB EX0 SETB EA MOV TMOD 01H SETB TR0 LCALL DIANJI MOV R2 00H LCALL LED LJMP MAIN 程序初始化 DIANJI MOV A 25H CJNE A 0F0H BAC MOV A 26H CJNE A 0FH BAC CJNE R6 0 BBBB MOV 25H 0FH LJMP BAC BBBB DEC R6 CJNE R1 0F0H ZZZZ MOV DPTR BACK LJMP AAAAA ZZZZ MOV DPTR FORW AAAAA MOV A R0 MOVC A A DPTR CJNE A 0H GO MOV R0 0 LJMP BAC GO MOV P1 A DDDLLL LCALL LED CJNE R4 0FFH DDDLLL MOV R4 0 INC R0 邵阳学院课程设计 论文 15 BAC RET 电机转动程序 LED MOV B 100 MOV A R6 DIV AB MOV 20H A MOV A B MOV B 10 DIV AB MOV 21H A MOV 22H B 算出各数码管显示的值 MOV DPTR TAB MOV A 22H MOVC A A DPTR MOV P0 A SETB P3 7 CLR P3 6 CLR P3 5 CLR P3 4 LCALL PP1 CLR P3 7 MOV A 21H MOVC A A DPTR MOV P0 A CLR P3 7 SETB P3 6 CLR P3 5 CLR P3 4 LCALL PP1 CLR P3 6 MOV A 20H 邵阳学院课程设计 论文 16 MOVC A A DPTR MOV P0 A CLR P3 7 CLR P3 6 SETB P3 5 CLR P3 4 LCALL PP1 CLR P3 5 RET 数码管显示模块 ZD PUSH ACC MOV A 60H ZD1 CLR EA SETB P3 3 MOV R3 00H MOV P2 A JNB P2 4 AA INC R3 JNB P2 5 BB INC R3 JNB P2 6 CC INC R3 JNB P2 7 DD RL A INC R2 CJNE R2 4 ZD1 LJMP YUD AA LCALL PP1 JNB P2 4 DL LJMP YUD BB LCALL PP1 邵阳学院课程设计 论文 17 JNB P2 5 DL LJMP YUD CC LCALL PP1 JNB P2 6 DL LJMP YUD DD LCALL PP1 JNB P2 7 DL LJMP YUD DL MOV A R2 MOV B 4 MUL AB ADD A R3 MOV R7 A LCALL SZCL YUD POP ACC MOV P2 0F0H SETB EA RETI 中断程序 SZCL MOV A R7 CJNE A 0 Y00 LJMP Y0 Y00 CJNE A 1 Y11 LJMP Y1 Y11 CJNE A 2 Y22 LJMP Y2 Y22 CJNE A 3 Y33 MOV A R1 SWAP A MOV R1 A LJMP Y3 邵阳学院课程设计 论文 18 Y33 CJNE A 4 Y44 LJMP Y4 Y44 CJNE A 5 Y66 LJMP Y5 Y66 CJNE A 6 Y77 LJMP Y6 Y77 CJNE A 7 Y99 MOV R6 0 RET Y99 CJNE A 8 Y100 LJMP Y8 Y100 CJNE A 9 Y101 LJMP Y9 Y101 CJNE A 10 Y102 LJMP Y10 Y102 CJNE A 11 Y103 MOV A R5 SUBB A 1 MOV R5 A LJMP Y3 Y103 CJNE A 12 Y36 LJMP Y12 Y36 CJNE A 13 Y37 MOV A 25H SWAP A MOV 25H A CJNE A 0FH GHJ MOV R6 0 GHJ MOV 26H 0FH LJMP Y3 Y37 CJNE A 14 Y38 邵阳学院课程设计 论文 19 MOV A 26H SWAP A MOV 26H A LJMP Y3 Y38 MOV A R5 ADD A 1 MOV R5 A Y3 RET Y0 MOV 22H 1 LJMP RRT Y1 MOV 22H 2 LJMP RRT Y2 MOV 22H 3 LJMP RRT Y4 MOV 22H 4 LJMP RRT Y5 MOV 22H 5 LJMP RRT Y6 MOV 22H 6 LJMP RRT Y8 MOV 22H 7 LJMP RRT Y9 MOV 22H 8 LJMP RRT Y10 MOV 22H 9 LJMP RRT Y12 MOV 22H 0 RRT CLR C CJNE R6 25 BJ MOV A 22H CJNE A 6 LLLL 邵阳学院课程设计 论文 20 RET LLLL J