单片机课程设计-基于AT89S52单片机的控制步进电机课程设计

镇江高等专科学校单片机课程设计系部：电子与信息工程系专业：电气自动化班级：姓名：学号：指导老师：

目 录TOC\o"1-2"\h\u182511课题综述 1 1.1 摘要194141.2课题来源和意义 2126101.3预期目标 2177212系统分析 293452.1框图设计 278872.2晶振电路 3272413系统设计 339013.1硬件连接图 392853.2按键功能 4192823.3单片机 445313.4驱动电路 5 3.5原件清单…………………………..65514软件设计 6172654.1软件流程图 6284984.2激磁方式 7259585程序代码 86 系统仿真及调试…………9 6.1硬件调试…………………………10 6.2软件调试…………………………1031538总 结 1025121参考文献 111课题综述1.1 摘要：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件。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。由于脉冲信号数与步距角的线性关系，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的非常的简单。步进电机是数字控制系统中的一种重要执行元件，广泛应用于各种控制系统中。它是一种将电脉冲信号转换为位移或转速的控制电机，输入一个脉冲信号，电机就转动一个角度或前进一步。其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例，可以通过改变脉冲频率在大范围内调速，易于与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。随着超大规模集成电路技术的迅速发展，单片机的性能价格比得到很大提高，使得单片机在电机控制领域的应用愈来愈广泛。 基于AT89S52单片机的控制步进电机课程设计PAGE121.2课题来源和意义步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种能把输出机械位移增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。步进电机具体有快速启动、停止的能力，精度高、控制方便，因此，在工业上得到广泛应用。1.3预期目标（1）开始通电时，步进电机停止转动。（2）单片机分别接有按键开关K1、K2和K3，用来控制步进电机的转向，要求如下：当按下K1时，步进电机正转。当按下K2时，步进电机反转。当按下K3时，步进电机停止转动。（3）正转采用1相激磁方式，反转采用1~2相激磁方式。2系统分析2.1框图设计根据系统要求画出基于AT89S52单片机的控制步进电机的控制框图如图2-1所示。按键按键电路复位电路晶振电路AT89S52电源电路驱动电路步进电机图2-1基于AT89S52单片机的控制步进电机的控制框图系统主要包括单片机、复位电路、晶振电路、按键电路、步进电机及驱动电路几部分。2.2晶振电路AT89S52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。晶振模块自带振荡器、提供低阻方波输出，并且能够在一定条件下保证运行。最常用的两种类型是晶振模块和集成RC振荡器（硅振荡器）。晶振模块提供与分立晶振相同的精度。硅振荡器的精度要比分立RC振荡器高，多数情况下能够提供与陶瓷谐振槽路相当的精度。图2-2为晶振电路。图2-2晶振电路3系统设计3.1硬件连接图根据图2-1，可以设计出单片机控制步进电机的硬件电路图，如图3-1所示。图3-1硬件连接图3.2按键功能按键采用3个功能键，K1、K2和K3按键开关分别接在单片机的P0.0~P0.2引脚上，用来控制步进电机的转向，作为控制信号的输入端键。按K1时，步进电机正传；按K2时，步进电机反转；按K3时，步进电机停止转动。3.3单片机 At89s52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。。At89s52主要技术参数如下：与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz～33MHz三级加密程序存储器32个可编程I/O口线三个16位定时器/计数器图3-2AT89S52引脚图3.4驱动电路单片机的输出电流太小，不能直接与步进电机相连，需要增加驱动电路。对于电流小于0.5A的步进电机，可以采用ULN2003类的驱动IC。ULN2003技术参数如下所示。最大输出电压：50V。最大连续输出电流：0.5A。最大连续输入电流：25mA。功耗：1W。如图3-3所示为2001/2002/2003/2004系列驱动器引脚图，图3-3左侧1~7引脚为输入端，接单片机P1口的输出端，引脚8接地；右侧10~16引脚为输出端，接步进电机，引脚9接电源+5V，该驱动器可提供最高0.5A的电流。图3-3ULN20033.5原件清单AT89S52单片机控制步进电机系统原件清单如表3-5所示 原件名称型号数量/个用途单片机AT89S521控制核心晶振6MHZ1晶振电路电容30pF2晶振电路电解电容10UF/10V1复位电路电阻10K1复位电路步进电机5V/0.3A1电阻10K3按键电路按键4按键电路驱动器ULN20031驱动电路电源1提供+5V 3-54软件设计4.1软件流程图程序设计流程图如图4-1所示，主要包括键盘扫描模块、步进电机正转模块、步进电机反转模块和步进电机定时模块。YYYYY开始设置堆栈步进电机停转按键扫描K1按下吗K2按下吗K3按下吗步进电机正转模块步进电机反转模块步进电机停转读取表格输出结束NN4.2激磁方式步进电机正转采用1相激磁方式，正转工作时序如表4-2所示；步进电机反转采用1~2相激磁方式，工作时序如表4-3所示。表4-2相激磁方式正转时序步进数P1.3P1.2P1.1P1.0代码111000FCH210010F9H300110F3H401100F6H表4-3相激磁方式反转时序步进数P1.3P1.2P1.1P1.0代码101110F7H200110F3H310110FBH410010F9H511010FDH611000FCH711100FEH801100F6H5程序代码K1EQUP0.0K2EQUP0.1K3EQUP0.2ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVSP,50HSTOP:MOVP1,#0FFH；步进电机停转LOOP:JNBK1,MZZ2；K1是否按下，是则转正转模块JNBK2MFZ2；K2是否按下，是则转反转模块JNBK3STOP1；K3是否按下，是则转步进电机停转JMPLOOP；循环STOP1:ACALLDELAY；按K3键，消除抖动JNBK3,$；K3放开否ACALLDELAY；放开消除抖动JMPSTOP；步进电机停转MZZ2:ACALLDELAY；按K1键，消除抖动JNBK1,$；K1放开否ACALLDELAY；放开消除抖动JMPMZZ；转步进电机正传模块MFZ2:ACALLDELAY；按K2键，消除抖动JNBK2,$；K2放开否ACALLDELAY；放开消除抖动JMPMFZ；转步进电机反传模块；步进电机正转模块程序如下所示MZZ:MOVR0,#00H；置表初值MZZ1:MOVA,R0MOVDPTR,#TABLE；表指针MOVCA,DPTR；取表代码JZMZ2；是否取到结束码MOVP1,A；从P1输出，正转JNBK3,STOP1；K3是否按下，是则转步进电机停转JNBK2,MFZ2；K2是否按下，是则转反转模块ACALLDELAY；步进电机转速INCR0；取下一个码JMPMZZ1RET；步进电机反转模块程序如下所示；反转到TABLE表初值MFZ:MOVR0,#05HMFZ1:MOVDPTR,#TABLE；表指针MOVCA,DPTR；取表代码JZMFZ；是否取到结束码MOVP1,A；从P1输出，反转JNBK1,STOP1；K3是否按下，是则转步进电机停转JNBK2,MZZ2；K1是否按下，是则转正转模块ACALLDELAY；步进电机转速INCR0；取下一个码JMPMFZ1RET；延时20msDELAY:MOVR5,#40HMOVR6,#248DJNZR5,DEL1RET；控制代码表TABLE:DB0FCH,0F9H,0F3H,0F6H；正转DB00H正转结束码DB0F7H,0F3H,0FBH,0F9H反转DB0FDH,0FCH,0FEH,0F6HDB00H反转结束码END；程序结束6 系统仿真及调试应用系统设计完成之后，要进行硬件和软件调试。软件调试可以利用开发及仿真系统进行。6.1 硬件调试硬件的调试主要是把电路各种参数调整到符合设计要求。具体步骤如下：（1）先排除硬件电路故障，包括设计性错误和工艺性故障。一般原则是先动态后动态。(2)利用万用表或逻辑测试仪器，检查电路中的各器件以及引脚是否连接正确，是否有短路故障。（3）先要将单片机AT89S52芯片取下，对电路板进行通电检查，通过观察看是否有异常，然后用万用表测试各电源电压，若这些都没有问题，则接上仿真机进行联机调试观察各接口线路是否正常。6.2 软件调试软件调试是利用仿真工具进行在线仿真调试，除发现和解决程序错误外，也可以发现硬件故障。总 结在单片机课程设计的学习过程中，我把老师以前教导的内容反馈到实践中来，在实践中验证了学习到的理论，同时也对理论知识进行了巩固。虽然说对于单片机技术依然处于入门阶段，但是通过课程设计让我体验到了单片机技术的魅力。看一堆元器件在自己手工焊接下成为一个能正常工作的电子产品，让我有巨大的成就感。在焊接元器件的时候，生疏的焊接技巧得到锻炼，焊点越来越美观。同时在设计之初就考虑到元器件的排布，为了让成品更好看，我还将焊接好的元器件拆下从新布局。在硬件部分完成后，开始设计软件。刚开始使用汇编，但是对于汇编掌握的不够好，于是不得不用C来编写。但是也从中感受到用高级语言编写的高效，快捷，简便。经过一周的努力，顺利完成课程设计。从硬件到软件，都是自己付出的成果。虽然有一些遗憾，比如没能用汇编写出程序，但是收获是巨大的，课程设计完成后，我的目标就是用汇编将源程序进行改写，来锻炼自己对汇编语言的熟练程度以及理解。最重要的是，我从这次课程设计中得到了信心，很久没有像