单片机课程设计 简易直流电压表的设计

1、湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋 电气与信息工程 学院（系、部） 2012 2013 学年第 1 学期 课程名称 单片机应用系统 指导教师 肖伸平 职称 教授 学生姓名 米林 专业班级 自动化1002班 学号 1040700910 题 目 简易直流电压表的设计 成 绩 起止日期 2012 年 12 月 31 日 2013 年 1 月 11 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书2课程设计说明书3课程设计图纸张456 湖南工业大学课程设计任务书2012 2013 学年第 1 学期 电气与信息工程 学院（系、部） 自动化 专业 1002 班级课程名称： 单片机应用系统

2、 设计题目： 基于单片机的步进电机控制器 完成期限：自 2012 年 12 月 31 日至 2013 年 1 月 11 日共 2 周内容及任务 试题 设计一个基于单片机的步进电机控制器。已知三相步进电机以三相6拍方式工作，A、B、C分别由P1.2、P1.1、P1.0控制，正转时状态是：AABBBCCCAA（100110010011001101100）。开关SA断开时，步进电机正转，每步定时1mS，对应速度167转/分；开关SA闭合时，步进电机反转，每步定时2mS，对应速度83转/分。步进电机正转速度（167转/分）或反转速度（83转/分）要求显示在LED数码管上。 注：要求首先采用PROTEU

3、S完成单片机最小系统的硬件电路设计及仿真；程序仿真测试通过后，再下载到单片机板上进行硬件调试。进度安排起止日期工作内容2012. 12.31讲述设计内容及基本原理2013.1.1-2013.1.8进行系统的设计2013.1.10-2013.1.11进行系统的调试主要参考资料1 刘苗生、潘宗预.单片机测控系统设计.中国物质出版社，2006年2 周润景，张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真M .北京航天航空大学出版社，2006指 导 教 师 （签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日（单片机应用系统）设计说明书（题目）基于单片机的步进电机控制器起止日期： 201

4、2 年 12 月 31 日 至 2013 年 1 月 11 日学生姓名米林班级自动化1002班学号成绩指导教师(签字)电气与信息工程学院2013年 1 月 11 日一、设计任务： 试题 设计一个基于单片机的步进电机控制器。已知三相步进电机以三相6拍方式工作，A、B、C分别由P1.2、P1.1、P1.0控制，正转时状态是：AABBBCCCAA（100110010011001101100）。开关SA断开时，步进电机正转，每步定时1mS，对应速度167转/分；开关SA闭合时，步进电机反转，每步定时2mS，对应速度83转/分。步进电机正转速度（167转/分）或反转速度（83转/分）要求显示在LED数码

5、管上。 注：要求首先采用PROTEUS完成单片机最小系统的硬件电路设计及仿真；程序仿真测试通过后，再下载到单片机实训板上执行。二、单片机最小系统硬件资源介绍： 89C51单片机； 4位共阳极数码管； 2路独立式开关按键； 外部晶振电路； 3个LED发光二极管三、设计方案：根据要求整个设计大体可分为四块：一是2个按键K0,K1,将用户所需来选择步进电机的工作状态。我们将开关连入单片机的P1口，通过按键开关的高低电平状态来读入我们所需的控制信号。硬件上直接把开关分别接在单片机的接口上，通过查询端口信号来动作，将控制信号处理。在设计开关部分时，还考虑到机械抖动的影响，采取硬件方式并联电容来去抖。二是

6、3个LED发光二极管的显示步进电机工作状态模块。在设计中步进电机正转是黄灯亮，反转是红灯亮，停止不转是绿灯亮。设计中将3个发光二极管分别接到单片机P3口，受到单片机的输出信号控制。三是步进电机的工作模块。要想步进电机按照我们想要的方式运转，将步进电机一端接到+12V的电源，一端接到单片机P3口，受单片机的输出信号控制。四是4位数码管显示步数的模块。设计中主要是利用软件编程的算法来实现步数的累计和显示，同样，4位数码管接到单片机的P0口和P2口受单片机输出信号的控制，在硬件上使用的是动态显示的接法。四、设计思路与原理此系统主要由单片机、步进电机、速度显示模块、工作状态控制与显示模块组成。整体框图

7、如图1。 图1 系统整体框图1、步进电机的工作原理步进电机通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。因此，单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。如图2所示，U1、V1、W1接电源，分别有三个开关控制，U2、V2、W2分别接地。如果给处于错齿状态的相通电，则转子在电磁力的作用下，将向磁导率最大（即最小磁阻位置）位置转动，即向趋于对齿的状态转动。图2 步进电机工作原理图2、步进电机的启停控制 步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感 ,即振动感。为了使电机转动平滑

8、 ,减小振动 ,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波 ,可以减小步进电机的步进角 ,提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时 ,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑 ,则需采用合适的锁定波形 ,产生锁定磁力矩 ,锁定步进电机的转轴 ,使步进电机的转轴不能自由转动。3、步进电机的转向控制 如果给定工作方式正序换相通电 ,步进电机正转。若步进电机的励磁方式为三相六拍 ,即 A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通电换相 ,即则电机就反转。在这种工作方式下,绕组以AABBBCCCAA时序(或反时序)转换6次,磁场旋转一周,转子前进一个齿距,每次切换均使转子转动1. 5,故这种通电方式称为

9、三相六柏工作方式。其步距角为： 表1 六拍的数学模型步序 控制位工作状态控制模型P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2C相P1.1B相P1.0A相100000001A01H200000011AB03H300000010B02H400000110BC06H500000100C04H600000101CA05H4、步数显示模块原理速度显示模块和工作状态显示模块，都是通过单片机输出信号控制发光二极管LED的亮灭。其中速度显示模块中LED构成数码管，要求显示4位十进制数，故用到4位数码管。要控制多位的显示电路，需要有字段控制和字位控制。控制方式分为静态显示方式和动态显示方式。静态显示方式，每

10、一位的显示器都需要配一个8位输出口来输出该字位的七段码，需要片外扩展输出口。而动态显示方式将各数码管的对应字段的引脚都并联在一起，线路简单，减少接口，不需片外扩展。这里选用动态显示方式。5、步进电机工作方式 （1）K0为启/停控制开关，控制整个系统的开启和关闭。 （2）K1为正/反转控制开关，控制步进电机的转向。6、工作状态显示模块LED发光二极管显示步进电机的工作状态，它们分别接到单片机的P3.3P3.5。让单片机输出通过一个反相器再接到LED阴极，LED阳极接VCC。这样可以提高电流，有利于二极管的导通，我们可以通过控制P3口的数据，实现LED的亮灭。7、位数码管显示步数模块LED数码管实

11、际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。通过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。P0口和P2口的前四个分别接步数显示中对数码管的字段控制及数码管片选，这里主要是由软件算法来实现单片机输出的控制。5、 设计内容：1、程序流程图首先是数码管显示清零，单片机再读入P1口输入的按键状态，先判断是否启动，如果没有启动则是绿灯亮并再判断，如果启动了，就接着判断所需的电机工作模式，再读入P1口状态判断电机的转向，

12、输出控制信号为正转黄灯亮，反转红灯亮，由此可以让步进电机按照指定的方式运转，并且累计步数再显示到数码管上。最后检验P1口是否状态改变，如果改变则步数清零重新开始判断，不改变则继续转动。流程图如图3所示。开始数码管显示清零启动？选择工作模式正转？b赋予正向指针增量b赋予反向指针增量黄灯亮红灯亮P3输出控制模块使电机运转P1口改变？步数自增一调用步数显示程序绿灯亮NNNYYY图32、 PROTUES仿真图 PROTEUS仿真图图4所示。图43、 程序#include #include void delay1(void); void delay2(void); void display(int);

13、int bs=0;main() char a,b,c,d,j,*q, done14=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05,0x00,0x01,0x05,0x04,0x06,0x02,0x03,0x00; a=P3; q=done; P3=0x20; /P3.5口置1，绿灯亮，不工作 delay1(); L: a=P3; while(!(a&0x08) /判断是否启动，若没启动则重新启动 P3=0x20; a=P3; delay1(); if(a&0x10) /判断电机是否要正转 P3=0x80; /P3.4口为1，电机正转，红灯亮 b=0; else P3=0x40; /

14、P3.4口为，电机反转，黄灯亮 if(a&0x04)b=7; else b=4; d=b; while(1) c=*(q+b); /判断电机步数是否走完 if(c=0)b=d; /步数走完，电机重新再走 else P1=c; /从P1输出电机控制信号 b+; if(a&0x10) bs=83;display(bs);display(bs); else bs=167; display(bs); /显示步数 j=a; a=P3; if(a!=j) /判断P3口状态信号是否改变 if(!(a&0x08)bs=0; /若为停止信号，总步数清零 goto L; /状态信号改变，返回到开始，重新对电机控制

15、 void delay1() int i,j; for(i=0;i200;i+) for(j=0;j300;j+); void display(int n) unsigned char tab10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x67; unsigned char i,k,t,num4; num0=n%10; /将总步数的各位分别存在num数组中 num1=(n/10)%10; num2=(n/100)%10; num3=(n/1000)%10; for(t=0;t5;t+) /扫描5次 k=0x08; /位选码指向最左一位,第四位

16、 for(i=0;i1; /求下一个位选码 delay2(); void delay2() int i,j; for(i=0;i10;i+) for(j=0;j60;j+); 六、心得体会本次课设是在实习与考试之中穿插进行的，所以时间比较紧张，给课设的顺利完成增加了难度。单片机应用技术是一门应用性很强综合性很强的学科，在这次课设中，我充分感受到了这一点，在老师给的课题之中，是来自于各个方面各个领域的应用，不得不说，单片机很强大，确实改变了我们的生活。课设里最困难的部分就是编写程序和仿真调试，也许硬件连接没问题，程序运行没问题，但是，当把程序导入，发现电动机就是不转，灯就是不亮，数码管就是乱跳，这是很考验耐心的时候，一遍一遍地去调试程序，修改连接部分，有时真的看着很崩溃，但是当你不放弃地调试，才有仿真成功的可能,在这种反复中，对我们自身的能力是提高很多的。另一个收获就是关于软件的使用了。PROTEUS,KEIL51,以前好像也用过，但是平时较少接触，这次的课设让我比较熟练的掌握了这两个学习软件强大的功能。单片机技术一直是比较实用的一门学科，拿到课程设计的题目也想着可以好好检验自己的学习成果，一直认为，期末考试是所谓的应试教育，而课程设计似乎更加