单片机课程设计之步进电机控制器

14/15《步进电机控制器》课程设计说明书课程名称步进电机控制器专业班级12级电信3班姓名学号吴月霞080212100张曼080212109房梦月080212119指导教师杨伟物理与电气电学院 2014年6月12日目录第一章目的与要求 2一设计要求 2（一）设计内容 2（二）设计目的 2（三）设计要求 2第2章单片机功能及原理介绍 351单片机功能： 3第3章步进电机的原理介绍 43.1步进电机工作原理： 43.2步进电机的基本术语 43.3信号分配 5第四章电路分析 54.1步进电动机脉冲序列信号与转速控制 54.2步进电机方向与步距角的控制 64.3步进电机时序表： 64.4步进电机设计方框图 74.4.1步进电机的驱动电路 74.4.2硬件连线图 8第五章程序设计 85.1流程图 85.2汇编程序 10第六章课程设计心得体会 12参考文献 13第一章目的与要求综合运用所学的《单片机原理与应用》理论知识，通过实践加强对所学知识的理解，具备设计单片机应用系统的能力，以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并且设置启动与停止。本课题以单片机为核心，设计并制作出步进电机控制系统。一设计要求（一）设计内容：用AT89C52单片机设计一个步进电机控制器（二）设计目的：（1）了解单片机软件编程和调试能力，为以后的学习和开发工作打下强劲基础；(2）掌握步进电机的工作原理和工作方式；(3）在（1）、（2）基础上，使用按钮控制步进电机进行启动，正转，反转，加速，减速，停止。（三）设计要求： （1）用AT89C52控制一个四相步进电机 （2）按下不同的键，可控制步进电机的启动与停止、正转与反转、加速与减速。 （3）扩展：用LED灯及数码管显示步进电机的运动状态。（4）绘制完整的步进电机与单片机系统的硬件电路图。（5）撰写课程设计说明书。说明书中要求有主程序流程图、关键程序流程图。（三）实验器材:用到的元器件主要有：STC89C52芯片、ULN2003驱动芯片、四相五线制步进电动机、LED灯，数码管。第2章单片机功能及原理介绍51单片机功能：51系列单片机中典型芯片(AT89C52)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8b的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一个全双功串行通信口等组成。特别是该系列单片机片内的Flash可编程、可擦除只读存储器(E~PROM)，使其在实际中有着十分广泛的用途，在便携式、省电及特殊信息保存的仪器和系统中更为有用。该系列单与封装如图一所示。图一AT89C52RC系列单片机提供以下功能：8kB存储器；256BRAM；32条工／O线；2个16b定时／计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。52系列单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用它的片内资源，即可在较少外围电路的情况下让步进电机实现功能。第3章步进电机的原理介绍3.1步进电机工作原理：步进电机是纯粹的数字控制电动机。它将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常的简单。电机正反转控制和速度控制：当电机绕组通电时序为AB-B-BC-C-CD-D-DA-A时为正转，通电时序为A-AD-D-DC-C-CB-B-BA时为反转。步进电机的驱动电路，微电脑向步进电机输入端传送1或0信息，则可实现上述操作。通过不同长度的延时来得到不同频率的步进电机输入脉冲，从而得到多种步进速度，也就是改变电机的转动速度。3.2步进电机的基本术语相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，常用m表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相八拍运行方式即AB-B-BC-C-CD-D-DA-A四相四拍运行方式A-B-C-D。步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。3.3信号分配：四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-DA-A,步距角为0.087度。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。第四章电路分析4.1步进电动机脉冲序列信号与转速控制要步进电机可以“步进”就得产生下图所示的脉冲序列。此脉冲序列是用周期、脉冲高度、通断时间来表征的。数字电路中，脉冲高度由元件电平决定，如TTL电平为0～5V，COMS电平为0～10V。步进电机的每一步的响应。都需要一定的时间，即一个高脉冲要保留一定的时间，以便电机完全达到一定的位置。通断的时间可以利用延时在软件中实现，这决定了步进电机的实际工作速率。图4脉冲序列4.2步进电机方向与步距角的控制步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1—2相励磁。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。因此，依序不断送出脉冲信号，步进电动机即可连续转动。本设计选择半步励磁（1—2相励磁）：1—2相励磁法为1相与2相轮流交替导通。因分辨率提高，且运转平滑，每送一励磁信号可走0.087度。若以1—2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如下所示(若励磁信号反向传送，则步进电动机反转)：励磁顺序：AB—B—BC—C—CD—D—DA-A通常步进电机步距角β的一般计算按下式计算。β=360°/（Z·m·K）式中β―步进电机的步距角；Z―转子齿数；m―步进电动机的相数；K―控制系数，是拍数与相数的比例系数4.3步进电机时序表：步序控制位控制模型工作状态DCBA1001103HAB2001002HB3011006HBC4010004HC511000CHCD6100008HD7100109HDA8000101HA4.4步进电机设计方框图UNLUNL2003AT89C52控制端口时钟电路控制端口时钟电路驱动电机驱动电机开关控制开关控制步进电机4.4.1步进电机的驱动电路4.4.2硬件连线图第五章程序设计5.1流程图开始开始初始化设置快速正转中断P2.0中断P2.0取反P2.0=0?P2.0=0?慢速正转Y慢速正转NP3.1=0?P3.1=1?反转P3.3=1?P3.3=1?P3.3=1？P3.3=1？P3.3=1？P3.3=1？P3.1=0?P3.1=0?P3.1=1?反转P3.3=1?P3.3=1?P3.3=1？P3.3=1？P3.3=1？P3.3=1？P3.1=0?NYYP3.1=0?NNP3.3=1?P3.1=0?NNP3.3=1?NN NYY中断慢速YYYNNNY5.2汇编程序：ORG0000HLJMPSTARTORG0003HLJMPINTT0ORG0030HSTART:SETBEASETBIT0SETBEX0MOVR0,#0MOVR7,#8CLRP2.0;加速灯亮L1:CLRP2.7;正转开始MOVP1,#0A4H;正转数码管显示2MOVDPTR,#TAB1MOVA,R0INCR0LCALLDELAY1MOVCA,@A+DPTRMOVP0,AJNBP2.0,JIAN;判断加减速LCALLDELAY2JIAN:DJNZR7,L4MOVR0,#00HMOVR7,#08HL4:JNBP3.1,L2;判断正反转JBP3.3,L7L5:JBP3.3,L8;判断停启LJMPL5L7:LJMPL1L2:CLRP2.5;反转部分MOVP1,#0F9H;反转数码管显示1MOVR0,#00HMOVR7,#08HL3:MOVDPTR,#TAB2MOVA,R0INCR0MOVCA,@A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAY1DJNZR7,L6MOVR0,#00HMOVR7,#08HJBP3.3,L6L21:JBP3.3,L20LJMPL21L6:JNBP3.0,L1JNBP2.0,L28LCALLDELAY2L28:LJMPL3L8:MOVP1,#0C0H;正转停止数码管显示0JBP3.3,L9L10:JBP3.3,L1LJMPL10L9:LJMPL8L20:MOVP1,#0C0H;反转停止数码管显0JBP3.3,L22L23:JBP3.3,L2LJMPL23L22:LJMPL20INTT0:CPLP2.0:减速灯灭RETIDELAY1:MOVR4,#15:快速延时子程序DEL2:MOVR3,#25DEL3:DJNZR3,DEL3DJNZR4,DEL2RETDELAY2:MOVR6,#30:延时子程序DEL6:MOVR5,#30DEL5:DJNZR5,DEL5DJNZR6,DEL6RETTAB1:DB03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H,01HTAB2:DB01H,09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03HEND第六章课程设计心得体会此次课程设计也许我们小组的每一