步进电机单片机课程设计

1、a方/玄单片机原理课程设计题目步进电机控制器设计学院物联网专业自动化姓名学号综合得分2011年6月目录第一章设计简介3设计目的3设计要求3仪器设备3第二章硬件线路图及主要芯片说明42.1 单片机芯片说明52.2 步进电机芯片说明62.3 硬件接线图62.4 工作状态显示电路82.5 拨盘开关控制电路9第三章步进电机控制系统设计10系统工作原理113.2 程序流程图123.3 程序清单12第四章设计体会14第五章参考文献14第一章设计简介设计目的1. .学习步进电机的结构和工作原理2. .学习步进电机及其放大电路和单片机接口的设计方法.3. 熟习汇编语言流程图制作和MCS-51指令系统,并能编写

2、一些实用的步进电机控制程序并调试成功.设计要求及流程。2.设计硬件电路。3.设计汇编程序并调试下载，使电机按一定的控制方式转动。仪器设备1.IBMPC机及单片机编程软件一台2.DP-51PRO.NET单片机仿真器、编程器、实验仪三合一综合开发平台一台15口，5个中断源,2个中断优先级，2个16位可编程定时计数器。89S51单片机是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，且支持在线编程,完全满足本第二章硬件线路图及主要芯片说明2.1单片机芯片说明51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，它采用CMOS和高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容;片内的Fla

3、shROM允许在系统内改编程序或用常规的非易失性编程器来编程,内部除CPU外,还包括256字节RAM，4K字节的ROM,4个8位并行I/O12M晶振,系统设计需要。单片机最小系统包括振荡电路和复位电路两部分。振荡电路用这样一个机器周期T12121s。复位电路采用手动复位，当按下fosc12MRESET按键，电阻R1、R2接通5V电源，此时R2分得电压大约为4V,为高电平，即置单片机RST脚为高电平，单片机复位。MCS-51系列单片机是美国Intel公司开发的8位单片机，又可以分为多个子系列。MCS-51系列单片机共有40条引脚，包括32条I/O引脚、4条控制引脚、2条电源引脚、2条时钟引脚。引

4、脚说明：P0.0P0.7:P0口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为存储器扩展时的地址/数据复用口。P1.0P1.7:P1口8位口线，通用I/O接口无第二功能。P2.0P2.7:P2口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为存储器扩展时传送高8位地址。P3.0P3.7:P3口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为为单片机的控制信号。ALE/PROG:地址锁存允许/编程脉冲输入信号线（输出信号）PSEN:片外程序存储器开发信号引脚（输出信号）EA/Vpp:片外程序存储器使用信号引脚/编程电源输入引脚RST/VPD:复位/备用电源引脚2.2步进电机芯片说明在本次

5、课程设计中，我们使用的是ULN2003A步进电机的驱动芯片，如图2-02所示，其主要是将从单片机输出的控制信号转换成控制步进电机的脉冲时序。ULN2003A相当于MOS管组，通过单片机控制信号，相应输出反向的控制信号驱动步进电机运行。它只是一个反相放大驱动芯片，其实能不能够驱动步进，跟这个芯片本身没有关系，而跟脉冲分配有关系，只要按步进电机的要求去给它脉冲，它就会工作了，驱动芯片只是最后一个放大环节而已。2.3硬件接线图图2-03即为步进电机控制器硬件线路图，其中包括步进电机及其驱动电路、拨码开关、LED灯、单片机主电路几部分组成PPPk'-:CKTT.wnJ.4mgKFCM忖J蓟.-

6、丄AlimT2曲沁二：M、怦12J.Ail1U4J4CCMMCfirEVC-CI.I.L-.M=I即我瓦斶ij三Alfcr"耗富-di冲A£T，：JI'JII>il-w1?.拧i:?-dr.图2-03硬件接线图系统采用4个拨动开关，可以进行正反转与低中高的三级调速。驱动电路利用独立的驱动芯片ULN2003A实现步进电机的驱动。步进电机的供电采用独立12V供电。5个发光二极管用于显示步进电机正反转及速度的快中慢。2.3步进电机工作原理如图2-04所示，是步进电机工作电路。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它

7、就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）您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；同时您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。驱动电路随时接受来自单片机输出端口的控制信号，输出端口的控制信号其实输出的是一串低压脉冲信号而已，这是程序已经定好的，然后驱动芯片只是最后一个放大环节，将输出的低电压放大从而能够控制步进电机的工作。因为在本次课程设计中使用的是四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生，其基本原理作用如下

8、：(1)控制换相顺序通电换相，即脉冲分配。如果给定工作方式正序通电换相，则步进电机就得按顺序接通。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断；反过来若通电顺序为D-C-B-A，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制D,C,B，A相的通断。控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。(3)控制步进电机的速度在设计中我们使用程序延时来实现控制速度的快慢，分为控制延时程序的时间的长短和两个控制脉冲间延时程序的多少两种方式，因为如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转

9、一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。2.4工作状态显示电路如图2-05所示，在这次的课程设计中，步进电机的工作状态可以通过5盏LED灯的亮灭来显示。程序通过指令的控制来显示相应电机的工作情况，当1、2号灯亮时表示正转高速运行；当1、3号灯亮时表示正转中速运行；当1、4号灯亮时表示正转低速运行；当2、5号灯亮时表示反转高速运行；当3、5号灯亮时表示反转中速运行；当4、5号灯亮时表示反转低速运行。图2-05工作状态显示电路2.5拨盘开关控制电路如图2-06所示，在这次的课程设计中，步进电机的工作状态可以通过4

10、个拨盘开关来控制。SW1为总开关，控制电机的启停；SW2为正反转开关，控制电机的正转和反转；SW3为调速开关，控制电机由高速变为中速；SW4为调速开关，控制电机由高速变为低速。图2-06拨盘开关控制电路2.6单片机中断处理中断系统是单片机的重要组成部分。实时控制、故障自动处理时往往要用到中断系统，计算机与外围设备间传送数据及实现人机联系也常常采用中断方式。51单片机中断系统的功能为：5个中断源，2个中断优先级，从而可以实现二级中断嵌套；每一个中断源的优先级可用程序设定。在这次的课程设计中，我用到了PO.O、P0.1、P0.2、P0.3引脚为输入接口，当它们上的电平信号发生变化，端口就对CPU申

11、请中断，以通知CPU计算出相应的控制决策，完成控制任务。第三章步进电机控制系统设计系统工作原理框图如图3-01所示，系统包括步进电机及其驱动电路、拨盘控制电路、步进电机状态显示电路、复位主电路、MCS51单片机芯片等几部分组成。当系统开始工作时，由拨盘开关来控制单片机的P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口，单片机根据已有的程序对来自输入端口的高低电平信号进行分析和处理，以此来决定将要采取的控制行为。根据得出的控制决策，适时的改变P1和P2端口各输出引脚的电平，步进电机就会得到驱动而且LED灯也会有相应的状态显示。图3-01系统工作原理框图3.2程序流程图程序流程图如图3-02所示:图3-

12、02程序流程图3.3程序清单ORG0000HAJMPMAINORG0030HMAIN:MOVSP,#60HJNBP0.0,MAINJBP0.1丄OOP4LOOP1:JBP0.2丄OOP2JBP0.3丄OOP3MOVP1,#01HACALLDELAY1MOVP1,#02HACALLDELAY1MOVP1,#04HACALLDELAY1MOVP1,#08HACALLDELAY1LJMPMAINLOOP2:JBP0.3丄OOP3MOVP1,#01HACALLDELAY2MOVP1,#02HACALLDELAY2MOVP1,#04HACALLDELAY2MOVP1,#08HACALLDELAY2LJM

13、PMAINLOOP3:MOVP1,#01HACALLDELAY3MOVP1,#02HACALLDELAY3MOVP1,#04HACALLDELAY3MOVP1,#08HACALLDELAY3LJMPMAINLOOP4:JBP0.2丄OOP5JBP0.3丄OOP6MOVP1,#08HACALLDELAY1MOVP1,#04HACALLDELAY1MOVP1,#02HACALLDELAY1MOVP1,#01HACALLDELAY1LJMPMAINLOOP5:JBP0.3丄OOP6SETBP2.3MOVP1,#08HACALLDELAY2MOVP1,#04HACALLDELAY2MOVP1,#02H

14、ACALLDELAY2MOVP1,#01HACALLDELAY2LJMPMAINLOOP6:SETBP2.2MOVP1,#08HACALLDELAY3MOVP1,#04HACALLDELAY3MOVP1,#02HACALLDELAY3MOVP1,#01HACALLDELAY3LJMPMAINDELAY1MOVR4,#50DL1:MOVR5,#500DJNZR5,$DJNZR4,DL1RETDELAY2:MOVR4,#100DL2:MOVR5,#500DJNZR5,$DJNZR4,DL2RETDELAY3:MOVR4,#200DL3:MOVR5,#500DJNZR5,$DJNZR4,DL1RETEND第四章设计体会通过这次的课程设计，我复习了单片机的基本编程方法，对单片机的使用原理和工作方式有了更深的理解。没有做课程设计之前我只是通过实验对单片机的应用有了初步的认识，而没有系统的了解。在编写这个较大的系统程序过程中，通过解决一个个在调试中出现的问题，这样既巩固了自己的理论知识，也提高了自己的工程素质。通过这次课程设计我学习到了许多知识，步进电机的工作原理、其正反转控制、调速控制以及启停控制。通过汇编语言，可以清楚的了解到了单片机以及各部分的硬件工作过程。但是汇编语言又是很繁琐，不利于对设计好的程序进行修改。最后，这次的课程设计培养了我的设计