毕业基于c单片机的步进电机运动控制系统的研发

湖北工业大学商贸学院毕业设计PAGEPAGE40摘要随着数字电子计算机的广泛应用，单片机的应用也已深入到了社会领域的各个方面。为此选本次毕业设计课题为：基于P89C668单片机的步进电机运动控制系统的研发，P89C668单片机属于．Philips的增强型8051系列。本设计是利用单片机来控制步进电机的运转，通过键扫描，程序的控制来实现步进电机的起、停，正、反转，加、减速的运动状态。本次设计应用到的开发工具是：ProtelDXP2004和uVision2，本系统是应用汇编语言进行控制的。正文中首先简单描述了课题背景，开发环境和需要完成的功能；接着介绍了系统方案设计，其中包括硬件选型和开发工具两部分，论述了本次毕业设计所应用的各种设备的功能及其工作过程，此部分为系统的硬件设计做作准备；最后详细介绍了系统硬件的设计，附有相应的电路图，并给出了系统的硬件设计总图。在正文中还简单描述了增强型8051单片机的电路接口的硬件调试。关键词：单片机，步进电机，8051ABSTRACTAlongwiththedigitalcomputerwidespreadapplication,themonolithicintegratedcircuitapplicationalsothoroughlyarrivedsocialdomaineachaspect,Forthisanthologygraduationprojecttopicis:BasedontheP89C668SinglechipMicrocomputer.SteppingMotormovementcontrolsystemresearchanddevelopment,theP89C668SinglechipMicrocomputerbelongstoPhilipstheenhancement8051series.ThisdesigniscontrolsaSteppingMotorrevolutionusingSinglechipMicrocomputer,throughthekeyscanning,theprocedurecontrolrealizesSteppingMotorstops,thereverse,addsthestateofmotionwhich,decelerates,ThisdesignappliesthedevelopmentkitisProterDXP2004andμVision2,thissystemcarriesonthecontrolusingtheassemblylanguage.Inthemaintextfirstsimplydescribedthetopicbackground,thefunctionwhichthedevelopmentenvironmentandneedstocomplete;Thenintroducedthesystemplandesign,includingthehardwareshapinganditstheworkprocesswhichthisgraduationprojectapplies,thispartforsystemhardwaredesign,attachesthecorrespondingcircuitdiagram,andhasproducedthesystemhardwaredesignassemblydrawing.Alsosimplydescribedtheenhancement8051SinglechipMicrocomputerelectriccircuitconnectionshardwaredebugginginthemaintext.Keyword:SinglechipMicrocomputer,SteppingMotor,8051前言碧本次毕业设稍计的课题是当基于P89惨C668的溪步进电机运葡动控制系统赔设计，在设端计阶段，对显三极管，二双极管，电阻迟，电容，发滚光二极管，碍P89C系往列单片机，觉光电隔离器颈，步进电动栏机驱动器等棕元器件有了泻比较好的了亭解，并拟定赶了相应的总弓系统设计。偷在帽本次设计过张程中，掌握滔了基本的集传成电路的基端本分类方法把和功能查找慌方法，以及酒工作特性，甚掌握了实验羽开发板的基隶本使用方法似，掌握了固典件开发集成穴环境梨μ洲Visio简n的基本使垂用方法，对刺Prote灵l攀DXP20拣04的使用聚有了很好的压掌握，学会种了实验开发爽板的在线调盲试方法等，汉本设计可分贝为硬件设计亦，软件设计岗两个主要的寨部分。其中误，硬件部分坝，是对单片谊机做选型和婶处理步进电育动机的选用渔。对803疑1和P89先C668两常种单片机做训了分析比较久，确定了使档用：P89蹈C668单些片机。软件技部分结合勤本设计的特贸点和自己的狮实际情况，野用汇编语言议完成软件部捐分的程序设烦计，并结合惰硬件进行了秀调试。负设希计本身就是受一项辛苦又够有趣，而且风可以调动积迹极性的活动命。通过这次塘设计，使我艳学到了很多从新的知识，榆使我把以前墓学习的有关统电子、控制筐以及单片机炉等课程的知召识加以综合萄的运用。这冤次设计让我搬认识很深。松第一章绿绪论敌1.1杠课题背景久步额进电动机是牛一种能完成春增量运动的误电磁机械，谦它将输入的纱数字脉冲信帖号转换成电割机转轴的输庄出角度。在尺开徐环方式下，亲步进电机的惜输出步数总板是和输入指封令的脉冲数悉相等，每个属脉冲都使电紧机转轴前进抽一个步进角暗，并依靠它槐特有的定位还转矩将转轴秀准确地锁定午在相应的步诊距位置。但供是，在开环治控制方式下终，步进电动恒机的速度控屠制有着较大洞难度：在高顽速运行时，劲电机易丢失粥输入脉冲，较造成失步；乞在低速时，姐步进电动机纺的转速响应偿有较大波动俊，运行不平仇稳；特别是卵当电机负载饼变寻化时，电机仁的转速波动忽更大，调整续更不容易。渴当输入脉冲屡频率很低时薪，步进电机亭转子就处于樱步进运行状平态，斜由场于步进电机导具备快速启姓动和停止的滔能力，它的雀步距角和转艰速仅与脉冲骂频率有关而明不受电压波捡动和负载变唉化的影响，罪也不受环境鄙条件的影响申，在不丢步乖的情况下运蜓行，其步距摸误差不会长含期积累．正均是因为上述晕优点，它已惧经被广泛地前用于自动控汁制系统中作本为执行元件戚．同时随着莲近年来大规昨模集成电路翠的发展以及惠各种单片机册的迅速发展估和普及，利振用单片机与常集成电路来鸦控制步进电寺机不但灵活羊、方便、易全于实现，而沸且它还具有言成本低的特味点．夺步套进电动机是怀本次毕业设概计需要设计涌的一个很重绿要的元件，团而单片机在狗本次毕业设化计中也是一乞个需要解决没的十分重要摘的元件。现崭在对单片机皆的发展情况毫作相应的介旦绍：惨1零976年，剥首例4位8帽048微控衡制器问世，暗1980年肝，首例8位继MCS一5搂1微控制器贸问世，掀起阻第一次嵌入粘式浪潮，各掉个微电子公膝司竞相研制禽自己的微控顾制器。20长年来传统微答控制器的更钓新，归纳如柔下几个方面山：秒1歌．微控制器富的CPU仍麻以CISC咽(复杂指令长集系统)为呼主，但向R狠ISC(简漏单指令集系勇统)演化。素2慌．提升指令许执行速度召提三高8位的振南荡器频率或鼓减少每机器倒周期包含的巷振荡周期数念，都可以提斜高指令的执倒行速度，如予Ph理il躲ips公司跪把12M银H谷z的805竿l从每机器避周期所含振旨荡器周期数历由追12改为6碧，获得2倍峡速，因此，授提升8位微纵控制器工作善频率已经受督到普遍的重解视。棕3麦．集成大容娘量片上FL加AS邮H替存储器，实地现ISP、代IAP辱近拦几年，8位摄微控制器竞裳相采用FL夺ASH存储琴器，已成趋终势，因为它谱集成密度高么、价格便宜裤、技术先进胃、可以取代僚PROM、允EPROM御、0TP和督EEP稳ROM等。身Ph欣il奥ips公司侍推出的兼容授于8051摇的器P别89C66挡8单片机是妄具有32K皮B／64K捉BFLA细SH的芯片否，由于片上樱集成了1K塘B的引导和趋擦除／烧录搜用ROM固概件，所以能炼够更好地支搭持ISP和炼IAP，顺吵便指出，镇P汗89C66式8还增加了祥片上RAM今，最多到8刻KB。旨4极．普遍使用态混合信号集芳成技术督用迈CMOS工筛艺将数字和经模拟电路集程成于一个片术上的技术已吃经成熟，有卖力的削减了五片外的附加给器件，提高举了性能并缩筋短了产品上迷市时间。爪5悟．增加可联富网的外设接佛口支目标前，大量的彻独立键盘，烛小型掌上电育脑也使用了音MCS一5从1系列的8到3C51。迈因此要求将缸内嵌8位微却控制器地设议备接入In彼terne富t地呼声渐崖高。何6若．追求低电尼压、低功率商、低价位、级PLC(少核腿芯片)祖降肃低工作电压梁无疑可以成艇平方地降低辨功率，所以坏开始出现多闸电压供电的拌微控制器，迟CPU未部分工作于搏1．5V～很2．5V，亮而I／0口神工作于3．祥3V～5V丸。为实现低浸功耗，应尽近可能将片外徒器件集成于倒一个片上，胆这样便于一妈同暂停，一煮同休其眠桥或部分运行冈。猪当首代(即第二袜代)嵌入式姥微控制器，硬主流情况如雕下：漫1偿．DSP与澡MPU相结股合，协助解赖决网络与多朝媒体所需实欲时处理的高亲速运算问题澡，DSP扎进板入今日嵌入风式的芯核，秃与MP能U棉构成芯核的披左右脑。流2非．今日嵌入恶式芯核的M绵P忆U乏多是RIS鲜C结构，取棉其特有的高帮速度，低能迈耗，小尺寸减，低价位的亲特点。串3窗．32位的骑RISC或—冶DS机P晒，双核结构节成为今日嵌尊入式芯片的炼主流形式。给新一轮32匀位嵌入式应城用的兴起，延8位微处理泽器和32位膜微处理器相狂辅相成结合匆，构成了五踪彩斑斓的实剖际应用系统它。同时，也鹿说明了80决5l系列单润片机的软硬黄件机构至今荡仍有生命力刮，借助于操霞作系统的威战力，805香l系列单片倍机仍可以继商续在嵌入式郊系统发挥更慧大的作用。仪8位微控制送器因其价廉舒，指令短，希易于什开装发使用，加垮上嵌入式C咐语言的普及踏，片上F奸L贴ASH存储嗓的采用和多厕种多样的集言成，将持续脱受到普遍的帽欢迎。艘当今，80觉51系列单卡片机已经是吨一个在特性控上与其他系款列有较大的壮差异，由不妻同厂家生产律，多种型号裹芯片组成的皮单片机大家解庭，805颤l系列的各凳种芯片超过雾了400种喊。Phi针li抗ps是最早刃获得MCS尊-守5l技术授腥权的公司，嫌也是后继发断展805l林产品最多、逮最系统的公坟司。该公司云的805l谱增强核集中松反应了最新牛技术对MC石S困-耕51核的全钥面提升。在阔此基础上集墙中生产了3抖个基础系列锁的主干产品搬，即：剥P89C5顾1x2／5将2X／54跳X2／58遮X2与P8袭9C60X堤2／61x票2系列(完训全以805油1增强核为共基础)；它P89CR镇A2／RB果2／RC／栽RD2(增语强+PCA墨)和P89奴C660／遵662／6格64／66愤8(805猫1增强核+献PCA+I屋2岗C)。峡Phili闻ps公司单墙片机功能多居，品种齐全书，其中的增算强型805制1系列功能扇更为强大，禾因此本课题世拟采用该公药司的．P8嫂9C668顿单片机作为湖控制芯片。功1.2歉课题研究意册义汉毕歉业设计是大原学教学中的因重要环节，文是大学生能柔力培养的重询要手段。是晋对基础知识僵和专业知识况的一次综合立性考查，是魄大学生进入垫社会前的一峡次提前练兵瞒，对大学生继未来的生活挺和工作起到灵非常重要的思作用。背本翠次的设计课垒题是基于P撞89C66最8单片机的升步进电机运亏动控制系统成的研发。包掏括系统方案若设计，开发敞工具开发环挂境的应用，敞系统硬件电互路设计，系料统软件设计魂四大部分。镰系统方案设垦计包括总体鲜方案设计和绳细节部分的季方案设计；律本次设计用剑到的开发工棚具是Pro雀tel鹅毅DXP和前μ单Visio尼n2；系统蛾硬件设计包妹括键盘和显奖示电路的硬户件设计，步仗进电机驱动贵电路的设计无；系统软件己设计包括键咬盘和显示电书路的软件设箩计，步进电鸡机驱动电路遗的软件设计徒等内容。具简体的详细内与容在以后的剑各拼章节中会一详一详细介绍叼。律在旧设计的准备土阶段，做了云大量的准备拾工作，认真制学习了二极日管，三极管绞的作用，性何能，极性的姥辩识；电阻盟的标识与辩诵识方法；电描容的标识与费辩识方法，物电容极性的衬判断；对集捕成电路的基狮本分类，功洁能和不同集姥成电路的工减作特性有了沸比较全面的奶了解。对万胀用表的使用锻有了更好的蓬掌握；对P嫌hilip溉s的805她1系列单片兔机有了比较找全面的了解萄，其中对P匠89(；6匆68险单片机有了寄全面的掌握兆，为我们的魔设计工作奠矩定了坚款实的基础；臣步进电动机侧也是这次设内计的重要元统件之芽一谎，因此对它弓的工作原理魄和工作特性叛有了比较皂全面的掌孟握。诱在恋本次设计中帅，我们利用伴Prote心lDXP尊2004和肌μ无V竭ision厌2分别完成自硬件电路图熔的绘制和程评序的调试工母作。本设计饥还用到LE际D发光二极检管，光电隔思离器TLP痰52排1攀-引4，驱动器向ULN20狼03A等元壤器件。蜜1.3翠论文完成任舟务定本士设计主要完念成利用惕P参89C66辨8单片机通杨过软件和按挽键扫描来实站现步进电动舰机的起停、草加减速、以慨及普正竹反转控制。井并附以发光基二极管来显刊示步进电动中机的各种运茅动状态。橡本油设计首先进奔行了系统方符案的设计，顺包括硬件选架型和开发工椅具两大部分雷。硬件选型腰中主要介绍盼了步进电动眼机特点，工府作原理；韵P赔89C66羞8单片机的膝基本性能，东特点和重点袋功能描述。宜开发工具主南要介绍了膜μ着V骂ision毁的功能和P孤rotel滩DXF2通004的功圾能，使用方昆法。接着也惕就是第三章侵，是本设计菠的重点：系吼统硬件电路轿设计，均给砍出了各功能厌电路原理图柏。主要包括裳ISP恋功半能电路设计中，键盘和显悠示电路设计叛，步进电动炸机驱动电路球设计和系统具硬件电路设派计总图。第壮四章是系统栗软件设计实造现，介绍了班各功能模块障的作用，给日出了系统软念件的结构框滔图和流程图宗。在正文的举后面带有附幅录，里面附症有中英文对西照和系统软悔件的程序代焦码根。事第二章有系统方案设妨计筋2.1炎概述伯随着工业水玩平的提高，东市场竞争的者激烈，人民射需求的巨大厦变化，各行石各业对其自宫己产品质量累的要求也更浅加严格，提动高生产效率卧，扩大产品钟原材料的来蓬源，降低生匹产成本也是穗生产厂家非搬常重视的方聋面。而生产家效率的提高钟，就必须在秒改进生产设屡备上来实现模。对于制造培行业来说更莫是如此，殖于是基于P惑89C66仓8单片机的敞步进电动机貌运动控制系狸统的研发就信成了本次毕耍业设计的课我题。次2.2患硬件的选型龄恶本设计硬件雹选型包括步欢进电动机选且型和P89头C668单弦片机的选型截，现对它们皆的特点和功伴能分别描述际如下。需肆步进电动机钱一、步进电宋动机简介植步桃进电机作为蚊执行元件，特是机电一体估化的关键产舟品之一，广蠢泛应用在各蹄种自动化控吧制系统中。均随着微电子劫和计算机技舍术的发展，扫步进电机的趋需求量与同瞎俱增，在各侧个国民经济肾领域都有应状用。艇步给进电机又称舍电脉冲马达单，它是将电西脉冲信号转瞧换成机械角忠位移的执行如元件。其特提点是：转子状的角位移的遥大小及转速创分别与输入瘦的电脉冲数秧及其频率成世正比，汪并在时凝间但上与输入脉缩冲同步，因誓此可以通过穴改变输入电革脉冲的频率宵来实现调速吵：由于其转午轴的输出的颗角位移量与忆输入的脉冲嫩数成正比，附于是可以通漏过控制脉冲衔个数来控制反步进电动机已的角位移量便。步进电动年机有利于装黄置或设备的惰小型化和低腊成本，而且听很容易用微死机实现数字泊控制。因此谜，广泛应用圆于众多的领东域中并得以朋不断的发展春，并实现机明电一体化和劲自动化。贞随晴着混合式步榆进电机的产退生和应用，租其输出功率禁和力矩不断惕增加，成本援与价格却不保断降低，为咏步进电机的芦推广应用打小下了良好的抹基础。步进使电动机的应猛用领域十分骑广泛，在机哭械、冶金、颂电力、电务子碰、仪表、轻桨工暂，以至医疗去、印刷等行桂业穴都有使用。肌例如：计算垫机的外设、丢办公自动化属中的打印机绝、机的恨送纸机构、俯数控机床，孩记数指示装谢置，阀门控糠制，纺织机讽，等均有应竿用。一般都递用在工作难乔度较高，工学作条件较差邪，或要求速盲度快、精度奏高的场合。别随着大功率寒器件品质的应提高，步进容系统正在稳鼠步进入普通扯功率甚至大回功率的工业侵领域。赛二阔、步进电动绑机的特点私步各进电动机具牲有转矩大，赴惯性小，响队应频率高的妖优点。另外慢还有以下特弃点：偿1贺．步进电机垒的工作状态桐不易受各种炕干扰因素(右如电源电压示的波动、电刘流的大小不狐波形的变化祖、温度动)迷的影响，只倚要在他们的研大小未引起痕步进电机产乏生逆“责丢步狂”琴现象之前，阅就不影响其并正常工作；兄2祝．步进电机蚁的步距角有千误差，转子搏转过一定步庄数以后也会薄出现累计误焰差，但转子然转过一转以鲜后，其累计恳误差为枯“宰零垄”伏，不会长期毛积累，因此东输出的转角烧或位移精度卵高；雪3探．控制性能辈好。在起动亩、停止、反念转时不易充“传丢步极”掘。步进电动爆机通常不用碧反馈就能对恒位移或速度倚进行精确控膏制，因此被鹊广泛应用于浪开环结构(村有时也在闭跨环机电控制半系统中应用既)的机电一闲体化系统中互，使系统简阁化，并可靠苗地获得较高过的位置精度泉。尸4扭．采用直接逼数字控制性助能好。步进缺电机是根据谜脉冲个数决斤定旋转角度扬的，单片机嫩只需记住脉栗冲个数就能斗计算出电机显的旋转角度见，从而计算锹出被控对象未的行进距离扶。省去了路亏程检测模块话，从而简化梨了设计。滩出于可以用鱼数字信号直旷接控制，因抽此很容易与勤微型机算计坐相连接实现绍机电一体化扯控制。步进酱电机的特征左：它优点锈缺点撑不需要反馈耀控制，电路遮简单查效率低尺容易与微型艘机算计连接哗容易引起失非步淋停止时有保现持转矩哨有时发生震坛荡现象庆维护方便，晚价格便宜栽5．步进电苹动机具有白滋锁能力(变举磁阻式)和摄保持转距(纠永磁式)。艇6．步进电馅动机的动念杀H向应快，袜易于起停、市证反转及变臣速。扣速师度可在相当思宽的范江围圈内平滑调节沉，低速情况卷下竟仍能保证获漆得很大转矩起，因此一料般球利用不混用虏减速器而直痕接驱动负载鞠。步进电动俗机只能通过锈脉冲透电联源供电才能为运行，它不虑能直接使用漂交流电源和误直流电源。虹步进电动机阅存在振荡和输失步现象，颜必须对控制聪系统和机械绞负载采取响柱应的措施。浙绍三、呜步进电机的闷工作原理分订析兴步扔进电机主要病是有定子和滴转子构成。诚定子的主要圆结构是绕组赔，三相、四截相、五相步古进电机分别败有3个、4驻个、5个绕俗组，其他依缎此类推。绕版组按一定的凯通电顺序工秒作，这个通魔电顺序称为畏“晶相序扔”宋。转子的主豪要结构是磁晋性转轴，当艳定子中的绕扰组在相序信般号作用下有像规律的通电名、断电工作凤时，转子周届围就会有一奉个按此规律垂变化的电磁吓场，因此一甘个按规律变差化的电磁力坑就会作用在琴转子上，转践子总是力图疫转动到磁阻艘最小的位置裤，正是这样趁，使得转子通按一定的步螺距角转动，尾使转子发生峡转动。河步鹿进电动机的犹工作状态由木控制信号实袄现，在步进北电动机的单杜片机控制中逢，控制信号锋由单片机产握生，其基本茎控制方式如幼下：斯1畏．相序控制添方式删步进进电动机的闲通电换相顺委序严格按照迈步进电动机尚的工作方式增进行，通常辣我们是把通羞电换相这一抛过程称为脉岂冲分配。现摊以四相步进龟电动机为例遗分析四相步斤进电动机的兆工作方式：佩四团相步进电动片机的工作方际式有三种：蠢四相单四拍解，四相双四智拍，四相单蠢双八拍。堡“你单悬”仔、库“墓双寒”基、满“午拍抚”制的意思是：邪“侄单玻”历指每次切换春前后只有一幸相绕组通电蝴，救“芬双脾”痛指的是每次泛有两相绕组伯通电：而从图一种通电状谁态转换到另夫一种通电状痕态就叫作一旨“渠拍急”箩。疼(1)帜专四相单四拍吗步进电动机抢的工作原理辜，其实就是湾电磁铁的工寨作原理。又耻环形分配器搅送来的脉冲援信号，对定蹦子绕组轮流宴通电，设先红对A相绕组姓通电，B、游C、D三相架都不通电。尚由于磁通具捎有力图沿磁袭阻最小路径锻通过的特点斩，因此在A守极附近的转周子就只受到随径向力的作螺用而无切线遍力，故转矩垄为零，转子素被锁定在这艘个位置上。瓣此时B、C区、D三相的究定子齿则和唇转子齿在不员同的方向各赖错丌360壁。定／(k*m岭*z)的角股度，其中k吼表示通电方雷式，当为单恩拍时取k=龟1，双拍时侵取k=2；犁m为定子绕资组的相数；国z为转子的悬齿数。随后籍A相断电，快B相控制绕穗组通电，则在转子就和B坡相定予齿对击齐，转子顺傻时针方向旋芳转360口。珠／(k*m真*z)的角合度。然后使四B相断电，智C相通电，妄同理转子又父沿顺时针方迎向旋转36晚0忌。结／(k*m而*z)的角渴度。转子就粥按照A枣—晨B不—燥C丽—诚D庙—拥A振……凡的旋转顺序驻运动下去。拉(2)蹦汉四相双四拍冈工作方式原映理珍当同步进电动机蓄按照AB勺—傅BC孩—凳CD我—号DA加—踏AB海……饶的顺序通电忠，则就成了驶四相双四肢拍工作方式坊。其工作原秃理与四相单尿四拍相同，膜此处不进行从详细说明。图(铃3)博劝四相单双八狡拍工作方式航原理秀当婆步进电动机斩按照AB稠—茶BC絮—销CD演—揪DA嫂—庸A袄B烈…箩的顺序通电跪时，沈则进就成了四相僻单双八拍工闲作方式。其躁工作原理为拘：当A和B菜通电时转子悔稳定位置将贝会停留在A千、B两定子黄磁极对称的世中心位置上炎。因为每一苏拍，转子转呢过一个步距轻角。依次顺诸序通电，则巷步进电动机唱沿一定的方然向旋转。催2香．转向控制扁方式省如徐果按给定的励工作方式正绒向顺序通电百换相，步进悦电动机就『结F转；如果秘按相反的顺夜序通电换相盾，则电动机葡就反转。例奏如，步进电嘉动机先前的探工作方式为巩A励—坑B监—宋C辱—倒D膊—谨A台…漠此时，步进卸电动机按顺押时针旋转。绘若改为A册—苍D脂—书C炮—桌B皂—裳A味…垂时，则步进添电动机的转胸向与原来相烦反，即，逆到时针旋转。明步估进电动机工历作时的通电拘控制脉冲，具必须严格按倡照步进电动冰机所要求完路成的工作方盯式进行顺序呜控制。蝶四逗、步进电动始机的驱动怜要轮使步进电动垂机输出足够柳的转矩，就冷必须采用功蜂率驱动器对丧控制信号进昆行放大以驱家动负载工作干。步进电动哈机的功率驱湖动电路有多扬种，可以用间晶体管驱动令电源，高频培晶闸管驱动恐电源等；驱景动电源可以纠是单电压驱团动、高低电吓压驱动、高述频调压驱动丑、以及细分馅驱动等。蛙下矮面介绍几种晕典型驱动电建路：筒1秆．单电压驱御动电路，它戏是驱动电路幅的一种，其艳工作原理是荣：当输入的蛋信号为低电箩平时，一级知放大三极管或的发射级的侮电压为负，眠此时功率管店截止。当输扶入的为高电腐平时，一级卫放大三极管瓦的发射级的遭电压为正，籍此时功率管李饱和导通，语步进电动机斜的响应相的赚绕组中有电唱流。只要某帜相为逻辑高俭电平，相应驱的相便导通昼。在这种驱飞动电路中为粱了防止电机牧过流及改善拥驱动特性，鉴需要串接限厨流电阻。由乌于步进电机烈锁步时，限同流电阻要消泰耗掉大量的痰功率，因此馋限流电阻要寺有较大的功怖率容量，并繁且拐开泉关管也要有矮较高的带载毒能力。此种暮驱动电路中非的电阻较多旧，功率消耗消大，电源的悔效率低。耳2繁．高低电压去驱动电路，败为了改善步碰进电动机的咱频率响应，驱改善激磁然电嫩流的波形，春一种方法是快提高电流上欧升时间段的严激磁电压，需当电流上升切到一定值后终，再将激磁央电压减为额对定值。即在农步进电动机端移步时，加励额定或超过送额定值的电旨压，以便在串较大的电流转驱动下，使劲电机快速移诸步；而在锁死步时，则加璃低于额定值穷的电压，只判让电机绕组墨流过锁步所才需的电流值寄。这样，既山可以减少限潜流电阻的功走率消耗，又住可以提高电海机的运行速盖度，但这种隶驱动方式的总电路要复杂任一些。驱动丙脉冲的分配肠可以使用硬栗件方法，即般用脉冲分配鉴器实现。现巴在，脉冲分兰配器已经标凳准化、芯片啄化。步进电旦机控制(包栋括控制脉冲恩的产生和分存配)也可以踩使用软件方闲法，即用单爱片机实现，亲这样既简化抖了电路，也猫降低了成本旺。使用单片汁机以软件方胆式驱动步进绘电机，不但竭可以通过编鼓程方法，在紫一定范围内仪自由设定步济进电动机的犬转速、往返腊转动的角度狂以及转动次狗数等，而且窜还可以方便宽灵活地控制臣步进电机的洒运行状态，赠以满足不同童用户的要求毁。因此，常碌把单片机步皂进电机控制府电路称之为紫可编程步进疫电机控制驱漂动器。采用钱高低电压驱蛙动电源，步办进电动机绕惧组不需要串完电阻，电源贵功率损耗较丸小。棒3刘．斩波型驱津动电路，这诱种电路采用钞单一高压电完源供电，以桨加快电流上满升速度，并开通过对绕组旱电流的检测拔，控制功放寿管的开和关弊，使电流在农控制脉冲持浙续期间始终居在规定值上寺下，来使步荣进电动机工缘作。阁叹精单片机选型梨出如今单片机步种类的繁多驻为选用带来菠很大不方便左，根据本毕骂业设计的实胀际需求，有育两种类型(米8031和产增强型80壁51)比较挎适合。因此问，有必要对善他们作简要央介绍，以选非择其一。现登对8031调作简要介绍烫。妥一、803汉l单片机介撇绍升8勾031单片汽机是MCS污-取5l系列单竭片机的一种循基本产品，洽现对其进行鸡简单描述，浓如下：腔室·渔8031单谦片机有一个星8位的CP上U，一个1慎28字节R求AM，21甜个特殊功能窝寄存器，4兵个8位并行遣I／0端口云，1个全双白工异步串行必端口，2个迟16位定时都器／计数器茧，5个具有晶优先级别的招中断源。遇司·男在803l乞外接既一仇片程序存储纷器后，就构闸成了一个具除有完整功能积的微机应用例电路。混挠·峡在软件方面柿，当8筋0脑31的晶振石频率为12腊M妹HZ隔时，指令周切期为1勒μ马s，绝大多压数指令执行厌时式间候为1～2教μ以s咏，最长4厌μ痰s。位乌·里大部分指令甜为1字节或袖2字节，最芬长3字节。拖裙·愚此外，80晋31所具有播的乘除法指咸令，多种形趁式的位操作联类指令和逻史辑运算指令垒也是独具特体色的。融悬·荷8031单堆片机有4个铸存储器空间注，分别安排积4种不同功欲用的存储器摆：舱(硬1)内部数设据存储器，酷集成于片内潜，统一编址钢。挠(垄2)特殊功梢能存储器，塞集成于片内吸，统一编址国。歉(捐3)程序存愚储器，安排摇在片外，单捕独编址。妇(呈4)外部数蚂据存储器，肢安排在片外近，单独编址摘。婶二罢、P89C科668单片厦机柜1痛．描述雷P游89C66盖0／662雾／664／弟668单片罪机内带6K贷B／32K刘B／64K桑B／64K跌BFla宁sh存储器师，该存储器穗既可并行编腰程，也可以离串行在系统快编程(IS斯P)。帅在实际的成恒型产品中，百可通过IS懒P升级用户届程序。秘在完Bo开o泰tROM描程序中，可序通过一个默执认的串行下锻载器(从U遮AR档T甲)对Fla怎sh存储器滩作ISP编拒程，而在圈Flas骂h代码区中等并不需要有逆调用下载器感的代码，用羊户程序可通戚过调用在B再ootRO提M中的标准围子程对Fl种ash存储押器擦写和再青编程即(I喜AP)。农该属器件在6个释时钟周期内粱执行一条指伟令，是传统确的80C5暑1的两倍。篮一个0TP判结构位让用残户选择传统导的12个时霜钟周期。其热指令集和8言0C51相铸同。它有四许个8位I／勉0口，三个帝16位定时炸器／事件计桃数器，多中抢断源，四个焦优选级，可拒嵌套中断结姻构，一个增俭强型UAR禾T和片内振腰荡器以及时坦序电路。侮P算89纽C项660／6器62／66概4／668央新增特性使割其成为一个淡功能强大的描单片机，为筐某些应用提毛供刷F劝WM，高速眉的I／0和辟加／减计数授，如汽车控京制。寺2塌．特点列(改1)使用8慢0C51中礼央处理单元谈，具有片内斯可ISP和登IAP编程援的Flas衣h存储器，航BootR垂OM包括底减层的Fla柴sh编程子敲程序用于经立过UART养下载，可脊I小AP编程，娇可用兼容8刮7C51硬梢件接口的并睁行编程器编粥程。鄙(画2)每个机拼器周期6个渣时钟周期操军作标准，每纹个机器周期母12个时钟茅周期操作可欧选,在每个鸽机器周期6潜个时钟周期思下速度高达用20MHz医相当于40像MHz性能穷在每个机器愈周期12个颜时钟周期下岔速度高达3弱3MHz。淡(窑3)完全静汽态操作，R堂AM可外部存扩展到64律K字节，4提个中断优先西级，8个中寻断源，4个笛8位I／O胆口。矛(逗4)全双工鸟增强型UA夫IH包括桢顽错误检测和语自动地址识产别。应(部5)功耗模绿式控制，包母括时钟可被愤中止和继续赖，空闲模式席，掉电模式奇。确(扣6)可编程湾的时钟输出轧，两个DP踢TR寄存器胸，端口异步姓复位1，低晓EMI禁止家AI滋E桐，浑P浮C串行接口强。扰(甩7)可编程趁的计数器阵喂列PCA，客包括PWM坊和捕捉／比彩较两部分，锐非常适合I活PMI应用谋。思综悄合以上可知钩，选择增强钩型8051艰(P89C党668)单剥片机较适合乞。现对P8晨9C668闪单片机的重符点功能描述哭如下。获叨榜3．P89堂C668重后点功能描述宿云巧定时器／计熔数器O和1台：掏僵夸2个16位短定时器／计穴数器：定时牧器0和定时饭器1。两者过可配置成定留时器或事件妻计数器。用瓶作明‘墨定时器询’粮功能时，每垒经过一个机扛器周期，寄糖存器加l。抱因此，可以结将一个机器归周期看作计虾数周期。由冬于一个机器宫周期由6个忽振荡周期组历成，所以，若定时器的计锣数率为1／贺6振荡频率瓣。得用窝作酸‘莫计数器勺’周功能时，每像当外部计数弄管脚，T0站或T1，发绣生一次1到释O的跳变，祖寄存器加1偏。此功能中编，外部输入兴脚每个机器尤周期被采样普一次。徐当悠在一个周期笨内采样为高贡而下一个周刑期内采样为固低时，计数挺值增加1。毯新的计数值拖在检测到跳肆变的周期的辫下一周期出况现在寄存器钻中。由于识夕别1到0的受跳变，要占类用2个机器昆周期(12屋个振荡周期射)，因此最踪大计数速率弹为1／12回振荡频率。拢外部输入信兽号的占空比右不受限制，广但为了保证净给定电平能协在改变之前灰被检测到，剃外部输入信吵号的状态至赏少要保持一夺个完整的机泄器周期。除桂了蝇‘箭定时器贿’降或岩‘河计数器征’略的选择外，膨定时器0和梳定时器1还掏有4种工作逆模式可供选遇择。蒜践‘盐定时器恨’春和呜‘跪计数器盖’某功能通过特倦殊功能寄存柔器宵T瞒MOD的秤C/饼T位米选择盲。两个定时夏器／计数器眼都有4种工胁作模式，由苹TMOD的赤两位(M1针，M0)进咱行选择。招运底三、ISP铸功能介绍征交竭系统内编程泽(ISP庙——推InSy六stem刘Progr应ammin膝g)功能是时P89C6倘68增强型攀8051单忙片机的特色维之一。IS军P是指电路日板上的具有袖该功能的单他片机（例如积：P89C紫668）可艇以编程写入摩最终用户程抢序代码，而法不需要从电晨路板上取下迎该器件。同送时，已经编晒程的单片机厅也可以用：摊ISP方式酱进行擦除并长可以实现再据次编程。浙在该ISP模式菠下得电时，轨可以进行I挖SP操作，驰在ISP模喜式下单片机军通过串行端野口与外部主蝴机如PC机梁或终端通信秘。单片机从判主机接收命悄令和数据用茎于擦除和再混编程代码存垄储区等等。比当ISP操劝作结束时，鼻应重新配置谎单片机这样健才能正常进固行下一次操慎作。买I订SP的工作姻，是通过两些个特殊的寄半存器：Bo秩otVe征ctor引糟导向量和S电tatus坛Byte扑状态字节的匠配置来实现拾的。系统复诊位失败时．符MCLJ检北测Stat请usBy冷te的内容更。如果St睁atus蓝Byte为肌0时，系统俩上电复位后凭执行从地址画0000h毒处祸开垒始，用户应凉用程序当S产tatus想Byte燕的内容大于滴0时，Bo运otVe连ctor的凑值作为执行够程序的地址站高位字节，级低位字节为衡00H。工令厂的缺省设练置是Boo扇tVec描tor等于株0FC弟H员，也就是说窝，Boot猛权Vecto写r内容工厂嘉掩模ROM省的ISP针Boot躲ROM的地挺址为0FC厨00H，用闷户可以修改警Boot鸡础ROM的B哄oot该深Vecto腿r内容。注意：清当擦除St昏atus捏Byte或秋Boot关Vecto违r撕，两个同时稀也被擦除。叨在擦除和修杂改Stat钥usBy稳te后必须月对Boot俗Vect青or再编程继。赔在款复位失败时嫩，boot己load涉er在下列膨情况下也会锹被执行：冬保酒持PSEN誉为低电平贞E次A管脚电压涝大于VIH周P次2遵.政6和P2街.繁7是高电平茅或是悬浮仁上滨电复位时A侄LE为高电刘或悬浮，非龄零的情况相辫同，这样可衬以使系统正哥常执行最终不用户程序，蒜也可手工迫字使系统进入逢ISP操作抚。ISP的语特性是可以速使闪速EP族ROM通过杜串行端口进康行编程。馆I省SP允许使末用较宽范围步的波特率，萍而与振荡频千率无关，因于此可以通过狗检测接收一叛个字符的时清问来实现。周ISP操作踩时，需要传贵送一个初始慧字符(大写覆字母U)到滋P89C装668，以府确定波特率致。ISP固狡件能在接收摘到字符后自伯动回应。返表距示数据记录券，歌“秘0l乔”肚表示文件结军束标志。在李I狡SP应用中舱，还用到其凶它的记录类称型表明命令有或数据。慌当有P罚89想C穗668接收五到一个记录双，判记皆录中的信息杏则在内部贮迁存起来，并役且完成校险验和的计算惨。接收到整嘉个记录之后湾，才执行表轨示记录类型蛾的操作。老对扬于数据类型焦的记录(记事录类型为0尝0)则要进雨行一个额外者检测。当记陪录中的校验蜓和与计算中哭的校验和相责符，而且记搜录中所有字既节都被成功慈编程的情况朝下，单片机炼才捕发送字符。勤2.3零开发工具舍2衡μ牵V遭isio驴.3.1其n2买一、形μ甚V卧ision耻2简介舌K窑eilC猜51留μ倚Visio面n2集成开堆发环境是K圣eilS妄oftwa姻re桑’仍Inc／K性eilE枪lektr劲onik约GmbH开废发的基于8真0C51内矩核的微处理当器软件开发盟平台，内嵌行多种符合工伙业标准的开痒发工具，可晴以完成从工冷程建立到管贞理、编译、疲链接、目标效代码的生成胞、软件仿真忽、硬件仿真蒙等完整的开涛发流程。尤余其是C编译桌工具在生产店代码的准确碑性和效率方练面达到了较燕高的水平，奖而且可以附幅加灵活的控玉制选项，在涛开发大型项姜目时非常理赔想。爱μ攀Visio感n2支持所滔有的Kei里l80C翠51的主要壤工具软件，腰包括C51温编译器、宏础汇编器／定惯位器和目标吗文件至顿H刊ex格式转栗换器，糖μ贴刘Visio港n2可以自目动完成编译骂、汇编、链剥接程序等操泪作。唉二绍、罢μ匹v闯ision垃2的功能填1伸.失μ宴visio切n2fo服rWin五dows：悔是一个集成宇开发环境，炭它将项目管呢理、源代码本编辑和程序渣调试等组合梨在一个功能斜强大的环境伶中：价2窄.预C51国际踢标准化C交养叉编译器：招从C源代码溉产生可重定羊位的目标模铁块：今晃3躺.邀A51宏汇咸编器：从8稿0C51汇既编源代码产夕生可重定位泳的目标模块丈：晓4严.持BL51链云接器／定位箩器：组合由桶C51和A设51产生的钱可重定位的违目标模块，聋生成绝对目秧标模块：旅5热.净μ先visio粉n2的软件仇调试器：允μ世visio波n2软件调泰试器能十分副理想地进行疲快速、可靠哄的程序调试樱。调试器包巧括一个高速剧模拟器，可凤以使用它模乏拟整个80附C51系统目，包括片上礼外围器件和趋外部硬件。粥当从器件数哲据库选择器尝件时，这个韵器件的属性袜会被自动配功置：找6妈.蔬μ纹visio给n2的硬件昌调试器：弄μ机visio永n2硬件调倘试器提供了智几种在实际版目咱标硬件上测界试程序的方扩法。安装M岔ON51壮目拔标鉴控器到串目息标系统，并巾通过Mon剃it0集r-盟51接口下幸载程序，使沃用高级GD块I接口，将呈μ宣vi津sjon2兼调试器同类素似于DP断-姿51PR0搞单片机综合运仿真实验仪秘或者TKS肢系列仿真器帅的硬件系统台相连接，通渐过熄μ络visio终n2的人机励交互环境指敲挥连接的硬虑件完成仿真胸操作：法7卷.贝LIB51蓄库管理器：剑从目标模块目生成链接器迟可以使用的恨文件：另8奋.运OH51目绩标文件碰至吉HEX格式膀的转换器：牙从绝对目标透模块生成I帜ntel圆Hex文件纵：碰9中.泼RTX-5姑1实时操作历系统：简化屠了复杂的实物时应用毛软件项目的往设计。拢债P蜘rotel尸DXP2彩004境我们在做设锻计的过程中欣，需要绘制增大量的图纸扰，以电路设轮计为例；完艺成一个电子纸产品的设计晃，就必须先碎把自己的思忍想用特有的帜语言民廉图形表达出增来，就需要票绘制出电原景理图、印刷研板图、元件银排列图、阻魔焊剂图、工项艺说明、明唇细表、元件桥表等图纸资恒料。而手工知绘制这些图徒纸需要花费终大量的时间贵，并且要修拥改这些图纸膏也十分的繁皇琐，还很容渴易出现不必圣要的错误，峰工作效率极立其的低。现蜓在，我们可卸以将以上图叨纸用计算机奸来进行设计且管理，工作下效率和质量垫有了大幅度趁的提高。下朵面来分别谈丙论得Prote李lDXP现2004稀的企优点和功能拥和一般使用鸦方法。疏P鱼rotel熟DXP哈2004的信优点和功能担：测1果.特非常容易修锯改，尤其式林印刷版图。雅2没.竟设计好印刷购版图后，可万以自动生产上元件排列图冰，焊接剂图索。及3称.肆设计好的印泪刷板图可以便与电原理图苏进行自动校顺对，它会在吉检查报告中绢注明那些元悦件之间连接延有错误，线衫条之间的问波距是否小于只你所要求的荒距离。然后夕你就可以根英据检查报告桨来修改印刷首板图，使用惯这项功能比秋人工校对可形提高效率一摄百多倍。妙4刷.疗随时可以通搂过打印机得川到理想的图皇纸。齿5育.左设计完电路忌后就需要制扰作其他的设凑计文档。如卫：工艺说明轮、明细表、血元件表等。迎我们虽然也情可以用初W颠PS等样工捉具将其打印蛋出来，但不精能满足规范主化的文档要终求。因为在啦舰范化的文缝档当中，有味拟制、审核密、工艺、描淋图、校对等镰小栏目。它孙们的位置、否字体、大小滴各有异同。锡而且还有许坚许多多的表匠格线，线条胆有粗有细。筹用侮W魄PS等软件版要想一模一熄样地打印出阴来是小可能跑的。凶为它锤们的表格线滑是用汉字制丑表线，一条苗表线需要占瞎据惜一猾个汉字的高眼度和宽度，右而且不允许索插入图形和家连接数据库昨，排版功能壁也十分有限马。狱第三章询系统硬件设锹计实现3.1概述隐本次毕业设配计的系统硬迷件总体上分枣为三大块：蜓通信接口和刘ISP功能住电路设计；副键盘与显示甚电路设计；朴驱动电路设岁计；其中驱赞动电路设计戏是本次设计万的核心，而港其他的两个胞部分是为驱渴动电路部分烘服务的。它敬们的结构框求图如下所示絮：浇图3．1硬卡件系统结构蓄框图缴3下.旺2展黄通信接戴口剑和ISP功嗽能电路设计像防由于单片机兴中的程序有右可能需要改添写和控制单厚片机，为了砌方便改写和惯控制，本设锹计选用通信雕接口和IS辅P功帐能弊电路来实现沙。邮I伏SP模式下螺，不需要特宿定的振荡频粪率产生波特郊率或编程脉个冲时序，用眠户需要提供酱给P89C长668产生蚀恰当时序的忘信息。火P宁89C66菊8的在系统摔内编程是通肠过标准RS好-商232C串睁口来完成的林，它是一种诞内嵌的在线盘可编程，只菠需要增加少虹量的电路板甘面积和元件谋。因此只要今微机配备了互RS贡-报232C串沿口，就可以拍直接通过下漏载电缆来完刷成程序的下阶载，使用非馆常方便。因宪此具备IS近P功能的单杀片机系统和枯普通单片机核系统的设计蹲在别的方面谎没什么区别葛，只是在R递S竖-扭232C串少口的设计上茄做催一下小厨的变动即可己，IS耳P幻，用到了5翅个管脚：T跳XD，RX如D，Vss络，Vcc和指Vpp，对总于P89C遍668来说行，Vpp颠=絮5V，其硬茅件原理电路师图见附录二差中的图3择.领1所示。斥一贺、电路原理选和器件选择铸在巩这行里绣列出图背中马的次主鸣要器件名称肢及其在电路荷中的主要功衡能：危郑P89C6点68：单片螺机，控制发迟光二极管的剧输入，产生络一定时间的钱延时。羡M简AX232担：单片机串叙口的电平转集换芯片，它龟的内部结构未也是达林顿线的，专门用惯来驱动继电吧器的芯片，逝其内含有反屯电动势的二央极管。励1在.摄接口信号杂M递AX232渗是异步串行发通讯中应用膀最广泛的标桨准总线，它抬包括了按位炒串行传输的劝电气和机械是方面的规定押，适用于数涉据终端设备高(DTE)眯和数据通讯积设备(DC晒E)之问的疾接口，其中臣DTE主要源包括计算机技和各种端机财，而DCE父的典型代表报是调制解调柳器微(变MO宽—茶DEM)。器2辰.絮电气特性迫M琴AX232血标准对电器远特性、逻辑佩电平和各种赚信号线功能嘴都作了规定浅：对于数据鄙，逻辑逝“患0握”砌的电平高于五-巩3V，逻辑湾“术1径”狭的电平低于极+3V；对掉于控制信号蜓，接通状态约(0N)即屑信号有效的降电平高于尿+3V，断摄开状态(O仁FF)即信顶号无效的电霜平低于墓-梨3v．因此狠，实际工作灭时，应保证披电平在+3登V到绍±驾15V之间谎。族U造LN200张3的输出端欲允许通过I晒C电流20典0mA，饱侧和压降VC耐E约下1V血左右，耐压佳约为36V指。用户输出卡口的外接负职载可根据以胸上参数估算棋采用集电极沉开路输出，申输出电流大轧，故可以直积接驱动继电峰器或固体继迈电器(SS骄R)。巧外榴接控制器件加，也可直接闷驱动低压灯下泡。刷O挠SC晶振，盆本次设计中折选择的是1锹2MHz的鼻立式晶振。温L谋EDl~L瓣ED4：发越光二极管，谨用来显示步乎进电动机的托状态。干R柿I慰~坚R3：限流泉电阻，防止过发光二极管恋过流烧毁。另阻值330渴县欧。毛二班、地址分配缘和连接箭在抬此仅列出设晕计中单片机卷与各个模块蕉管脚的连接轧。钻T绕xD：MA墙X232的币11撞引脚，MA大X232的栽TTL电平削输入引脚，眯连接单片机塌的TXD，志TTL串口自输入信号。察R钓xD蜘:战MAX23印2的12引能脚，MAX乘232的T丢TL电平输和出引脚，连涝接单片机的散RXD，T丑T腾L属串口输入信罗号。饲SEG漠—办IN阶:姥MAX23扬2的14引击脚，MAX透232的R权S--23周2电平输出牺引脚，连接翅RS瓦-型232的R陆XD，RS菌-危232的串斩口单输入信号。卫3团.停3键盘和显钢示电路设计尤阻键盘是一组见按键的集合益，它是最常调用的单片机序输入设备，我操作人员可取以通过键盘众输入数据或私命令，实现孝简单的人机输通讯，按键晒是一种常晕开爹型汉开葵关，平时(肤常态)按键芝的两个触点钩处于断肯开名状态，当键杜按下时才闭惕合(短路)旬。可按赛键的闭合稳霸定时间的长苗短由操作人利员的按键动坟作决定，一蜂般为零点几剃秒至数秒，振常常出现键贝抖动的情况虹，在此不予心讨论。站在窜键盘扫描的披控制方式，暴在单片机系阁统中，为了挂节省硬件，狭通常采用行斩列矩阵式非下编码键盘，哈单片机对它主的控制通常排有以下几种位方式：甜1叛.转程序控制扫感描方式，即牵利用程序连休续地对键盘块进行扫描。吹2傲.仔定时器扫描凡方式，即单良片机定时地虫对键盘进行僚扫描。辟3汗.况中断扫描方督式，即键按坐下引起中断态后，单片机沾对键盘进行劫扫描。探发庆光二极管常屯用作单片机判最常用、最犯简单的输出忙设备，可以兔用来显示单仙片机或执行服元件的运行母结果和运行当状态等，设花计中采用二哑极管来显示避各种不同情鱼况下相应的谋运行和控制售状态，例如努：电动机的僚正反转状态迅，ISP使岁能状态等等闪，这样可为须使用者提供碍醒目的感官迷提示。请参灵见附录二中读的图3．2践键盘和显示丢电路原理图兼。予键池盘和显示硬芽件电路的设堆计主要功能扒是：通过按纹键(S1～狭S4)来控拢制显示器件枯——绞发光二极管相的状态。蒙1军．电路原理离和器件选择底在闷这里列出和暴本设计相关涉的关键部分须的器件名称骡及其在电路躲中的主要功慈能。泪P刊89C66何8：单片机确，控制键盘仇的电平输出匀。狼L萍ED0～学L坡ED3：发滑光二极管，时用于显示键妈盘的输入状贵态。种U芦L阳N2003贵A：该芯片田包含多个高仁电压的实用邮型达林顿管尾，还封装了抵一系列的电赵阻器，内部扶电路图如图辫3．3所示削。以图3炕.护3往U葡LN200朱3A内部结灵构木s1～s4驰：S1、S害2是两个带困有自锁功能吧的按钮，S炸lS3、S怜4是两个点狱动开关。联2纽.劫地址分配和缩连接帆只避列出和本设狼计电路相关扶的、关键部评分的单片机暴。各个功能诚管脚的连接彻和相关的地会址分配。夕P汉1枯.砌4～P1公.亦7聚：渴与独立的键劝盘的输出管纸脚相连，控墨制和检测键及盘的输入。甩P坊1令.案0～P1寻.墨3：接上拉栏电排阻，控心制独立键盘扛的扫描线处逢于高电平。扑S歌1～S4：落S1是与P堤1呈.蚊4倡相连控制步假进电动机的础启动停止按蚀钮，当P1泛.辨4为高电平缓时，步进电诉动机启动，培并且发光二裁极管点亮；唐S2是与P吊1兰.蔑5相连用来鼻控制步进电躲动机的正反潮转，当P1已.柜5为高电平竿时，发光二鸣极管循环闪吓烁和步进电染动机反转；替S3与P1进.喜6用来控制咽步进电动机衡的加速，同犬时二极管指淘示，当P1怕.字6为低电平抓时，步进电南动机加速转俘动；S4是撇与P1询.唇7相连用来兆控制步进电咳动机的减速阴转动，当P锣1芬.劝7为低电平建时，步进电自动机减速转搞动。浪3踢.叨4步进电机秘驱动电路设里计顽财步进电机的隆运行要有一叛电子装置进筑行驱动，这负种装置就是营步进电机驱哈动器，它是皇把控制系统朴发出的脉冲馅信号，加以队放大以驱动凉步进电机。退步进电机的本转速与脉冲虏信号的频率桥成正比，控懒制步进脉冲洁信号的频率健，可以对电网机速度进行吃控制；控制堂步进脉冲的亲个数，也可田以对电机定类位。子典局型的步进电掀机驱动控制番系统主要由乌三部分组成豆：期1唤.呀步进控制器擦，由单片机讲实现。员2冈.率驱动器，把以单片机输出触的脉冲加以页放大，以驱焰动步进电机团。你3恩.加步进电动机圣。是执行元柜件，用于带勤动其他的工轨作元件来完投成所需要的朵功能。灵上蛇述的三部分赶在我们设计榜的过程中都获集成到了芯革片之中，是维由芯片来进盈行控制的，铲ISP可以响直接下载。喝步斩进电动机驱冤动电路图见澡附录3瞎.枯4图。设计夜的过程中用艳到了TLP置521柜—间4芯片。矩电平路原理和器加件选择忙在捞这早列出和骨本电路有关设的、关键部册分的器件名妻称及其在电电路中的主要胖功能：抓P呜89C66桶8：单片机亡，通过凶U洞LN200鬼3对光电耦魄合器进行控怖制。券ULN2添0流03A牢：摔使单片机串惨口的挎电些平转换芯片顶。挨TLP52涌1披—大4：光电耦钳合器。它将激微机系统与扩各种传感器支、开关、执缎行机构从电挂气上隔离蹦开罩来，很大一逐部分干扰将卧被阻挡。光燥电隔离电路浸利用光隔离唱组成的光电权隔离电路将慧控制器与外废部的驱动电卫路隔离其开颈来，使得外辨部电路的变廉化不至于影有响或者损坏轻控制系统，休从而提高系淹统的可靠性经，增强抗干讨扰能力。光辈电隔离器最旺重要的参数菌是电流传输裂比CTR，顿应注意通常率其值为0桨.骑2～0思.再9。输入数衬字信号提供灶一定的电流谱(5注—想10mA)书时，光电隔槽离器才会把蜡放大的数字甩电平输出。猫光电隔离器抖联结时应注迫意信号『F街负逻辑。光李电隔离器的垂输入、输出财端两个电源正必须单独供疾电，否则，刮如果使用同威一电源外部我干扰信号可拾通过电源串百到系统中来径。案光摊电隔离器的却工作原理是阻：当它的发怕光二极管工亡作时，光电忠管受光的影豪响有电流通冒过，这些电惨流基本上受兰光的照度控涉制，它可以愈作为开关使叛用，这时发峡光二极管和止光电管平常做都处与关断校状态，在发谁光二极管通跑过电流脉冲显时，发光晶处体管在电流某脉冲持续的罢时问内通过田。光电耦合锹器件也可作逢为线性耦合活器使用，在毫发光二极管闹上提供一个暴偏置电流，妄再把信号电驾压通过电阻潜耦合到发光膊二极管上，咳引起其亮度替的变化，这些样，光电晶初体管接受到对的时再偏置校电流上增、耍减变化的光突信号。痰内部结构如秃图3绞.截5所示。目器挥忽舱按图3惑—覆5TL拴P权521文-旷4内部机构倘P89C6名68单片机蜓的P0箩.红0～P0旦.惹3连接驱动归芯片U炎L蠢N2003馅的输入口I恋Nl～IN唱4。欠当P0泪.鹅0口出现高昼电平时，通见过UL剖N他2003转萄换芯片控制泼U4，发光两二极管发光络，光电晶体奏管导通，进破而控制步进爬电动机的状葛态。其他端狮口均如此。寨3．5系统巨硬件电路设臭计总图箱此系统硬件付电路图是我室们设计的总女图，包括贝上昼述各部分的艰硬件电路：乞I浓SP硬陵件电路图，轻键盘和显示捕硬件电路图昆，步进电动删机驱动电路夏图三部分，戚系统硬件电勒路设计原理冲图如附录二棕中图渣“但增强型80勤51单片机科步进电机控剥制系统硬件睁总图班”捆所示。匹第四章和妥系统软件设搏计实现晕4蓄.粮1系统的软恶件构成泄数本设计应用浅的是汇编语机言进行编程接，系统程序烂的总体设计天思路是：利狭用单片机对夫键盘进行扫兄描，根据按依键的状态来慢设置相应的旱状态位，然迅后根据各状绿态位的值输乌出相应的控变制信号，进工而实现对步束进电动机的巷启动、停止象、正反转、色加速以及减痒速的控制，愁并把系统的让运行状态在锁显示电路中方显示出来。硬本设计的软咐件部分由键绵盘和显示电忌路的软件设剧计，步进电猛动机控制的幅软件设计两必大部分构成同。系统结构宗框图可表示艳为：P89C668P89C668单片机键盘扫描键盘扫描步进电动机驱动程序步进电动机驱动程序键盘显示键盘显示港图4．1系赔统结构框图己现对框图中蛛各部分的功务能作简要分虚析：阁1耽.非P89C6愚68单片机贷：是本设计浩的核心器件参，用于控制太整个系统的悄各种工作。阴信号的接受牛，发出，处吃理等。浑2婆.副步进电动机垂驱动模块程燃序：步进电剥机的运动是猪靠脉冲驱动蜡，单片机每锐一个脉冲，宅步进电机就这往前走一步速，在这个过莫程中，脉冲虾要按一定的腿顺序送出，仔当脉冲的时拖问间隔是相夏等的时候，痰步进电机就禾按一定的速日度转动，如伙果改变驱动揭脉冲的发送愤频率，则电蚂机转动速度衡就会发生变扛化。贺3托.崇键盘扫描功击能，是通过恒存储在单片幻机里面的键摩盘扫描程序纯根据键盘的命输入竞状态敬来设置和控斥制整个系统所运行的状态膜位，从而最乘终控制步进种电动机的运霞动状态。途4天．键盘显示划功能：是指辽通过显示器耀(本革设掌计中应用发浪光二极管)宫的亮与灭来掀提示，步进攻电动机的起未、停缓、退正、反转，塔加、减速等写的运动状态第。慢4宾.忘2系统软件较流程图及其仓说明愧旷软件的设计店主要是控制姓步进电机的达运动状态，穗即控制单片糕机发送的驱夏动脉冲的发递送频率。可孟采用下面两垦种方法实现女：蒜①肝采用软件定芒时，环②应采用硬件定阴时，本设计渡所采用的就加是后一种方蠢法。肤主程序流程设图如下图所鞠示：珍开始开始调用键盘扫描调用键盘扫描电机停转QD=1?慨矛卫摧仁装孙否电机停转QD=1?电机运转棚浙甜浩礼惹新是电机运转JK=1?JK=1?加大定时初值盐滔欺践免盈滚是加大定时初值JM=1?行摧疾否化诵歪JM=1?减小定时初值剖朽绝市宜催是减小定时初值典叹钢由等否溪图4．1主窜程序流程图剃主程序流程累图的说明：远程疾序顽开掘始，按K1香，旁K2，K3罚，K4顺序卵逐步进行扫披描，判断是咳否有按键按愚下。甜置未状速态什位，通过对许P89C6暗68端口的踪控制，若P摘1口有按键竖按下，即使怜其保持低电雀平，则相应惰的P0口控可制的步进电美机的线圈通扁电，使步进通电机虹开橡始转动。若横P1口没键穴按角下魔，则P0口况线圈无电流康通过，此时筛步进电机停究止转动。酿步进电机赚正反转控制派程序在中断象中进行，此京时不与考虑阀，下文有专陕门的介绍。凯涂判断是否进扮入步进电机且的加减速状赛态，程序通兼过改变每次欢进入中断时幅，改变定时滴初值的办法阶来实现，加文大定时初值弹，则每次步蔬入中断的时鹿间减小，电叫机在每一相禾的通电时间违减小，达到转加速目的。魔减速也与此非理论相同。入口茎键盘扫描程描序流程图：入口P1.4=1=1缠灶批同搅主NP1.4=1=1至惭怠姑球YQD=1QD=0QD=1QD=0P1.5=1约旺慨偏贼俯NP1.5=1绍锻抖就命YZX=1ZX=0ZX=1ZX=0P1.6=0真葡价撇耳昏螺P1.6=0格助错狮责延时消冰赌壤妈把Y串N延时消拔心陆如闻户JK=1JK=1返回P1.7=0游暖根锋哗阵N返回P1.7=0惠袍泡柱馋Y延时延时JM=1JM=1返回主程返回主程深图4侦.生2键盘扫描屠程序流程图呈键盘扫描程强序流程图说滥明：质步进电动机作运动状态控还制陪读政取P1口的瓣状态，在P燕1口的高四捧位中若状态梨为高电平，锋则无键按下直，此时P1授.求O点亮，其单余的灯为熄似灭状态。若涛为低电平则耻有键按下，戒相应的灯的年亮灭与电机秘的状态紧密盼对应，执行王过程为：参K缠1按下，步拾进电机持开框始转动，否壮则程序继续棵扫描下一键斗。亿壮K2寨按下，步进喇电机正转，末K2踪弹起步进电预机反转(在乔中断中进行参)良争K3兵为常开开关读，按下一次驼，加速一次设。疗K屈4为常开开立关，按下一驶下，减速一小次。蜓每骗一次操作完膊成，键盘扫扒描程序就执害行一次。烈消驰除抖动的方艳法葬按剥键本身是机津械开关，在碗触电闭合和洋断开的瞬间倡会出现电压冻抖动的现象欲，必须去除个抖动的影响抗，才能正确吸的识别被按尿下的键，本略设计采用软争件延时12遥MS来消除谦抖动。嗓宜联等待键释放给：夏俗乒得到闭合键装对应的键码劫以后，继续帖延时并判断揭按键的状态脂，直到闭合丰的按键释放枪，再根据键岁码转到响应众的键处理子矩程序中。飞4刑.苗3显示程序妻设计云沉显示器件用肉以显示系统底的整个运行托状态。本设泼计采用发光催二极管来显咱示单片机和迁电动机的得序电状态，并闷直接模拟步瞒进电动机的讯运行状态。贩端口及作用欲如下所示：椅P鹊1往.恳O口的二极掘管用于显示惰电机的停止盖状态，当启娱动按键没有兰被按下时该幸二极管发光吃。波P游1婶.陡1口的二极巡管用于显示姿电机的启动慧状态，当启动动按键按下动时该二极管漠发光。龙P熟1烤.抓2口的二极在管用于显示搬电机的正转蹲状态，当转躲向按键没有弄被按下时该锹二极管发光鸡。营P午1次.爬3口的二极涨管用于显示里电机的反转佛状念，当转虏向按键按下有时该二极管浓发光。斧相俘关的显示控乐制程序请详猫见附录二。腥步进电机翠正岩反转程序流贝程图：入口入口现场保护现场保护反转ZX=1?反转ZX=1?正转正转现场恢复现场恢复返回返回荡图4．36饰中断及步进屡电机正反转蔑程序流程图寒程序的说明积：瞧进入中断程呢序前，对步累进电机的运触行方向状态猛位ZX进行荣设置，若Z娇X懒=混1则正转，惠ZX=O则粮进入反转程券序阔进壶入中断首先敏保护现场，跌目的是中断莲完成后，能朵回到原来的退程序中，保冻证原来程序堵的顺利进行越。寺在凑中断程序中幸，通过对运字行方向状态香位的读取，墨来实现步进食步进电机的啦正反转。想中贸断结束，返疫回原来主程央序，进行下域一循环。哗其阳程序代码见恋附录龄一转。红第五章霸步设计总结敞本设计课题岛是撤“掀基于P89衫C668单构片机的步进线电机运动控夺制系统研发掘”掠的软硬件设拾计。我是做卧硬件设计的真。在设计准添备阶段，做绿了很多的实细验，为了查三找到自己所召需要的资料台，阅读了大啄量的书籍，嫂也走了很多础弯路，培养伏了怀自己吩的能力。在舰设计过程中驾，进一步熟雷练了对挖μ购visio铜n和Pro僚telD煤XP200璃4的使用。骨本次设计使慕用的是P8舱9C668耻单片机，对胃其基本功能规和个管脚功爸用有了较全浓面的了解；验同时训练了貌LED显示集，键盘的扫告描的设计与殃调试的能力状，进一步学犬习了步进电煮动机的运动蠢特性控制。芒另外还让我购了解了一些拜单片机外围惠器件的设计疗，特别是在宅软硬件调试捆的过程中，你一次次出现意的错误和不浮断的改正，等有效的培养陶了我在细节制方面称要具备你足够的细心顿而在全局上氏又要顾全大丰局等方面的辈综合素质。披总淋的说来，从刚查阅资料到设方案的完成挨，从硬件的帜设计到系统妇软件的调试娘，无不充满著了坎坷与艰四辛，曾有过揭遇到问题时逆的苦恼，调大试时找不到遍问题原因时絮的郁闷，也伐有经过辛苦垃问题解决后饿的喜悦。设怜计完成了，型回首设计过破程我体会颇跳深：冈1诵.勿磨练了自己巩的毅力和培谎养了坚持不讨懈的恒心，忆本次设计是死一项极具挑谜战性的工作挤，每一个环晌节都马虎不蔑得，既要有模理论上的依板据也有实验粘的支持，尤韵其在系统调唉试时，更是写靠这种坚韧制的毅力和坚聋持不懈的恒验心才使得我圣们继续前进薪。凡事都不跌是一蹴而就辞的，都需要刺通过自己的班辛勤耕耘，巡扎扎实实的白干，才可能型会有满意的纷结果。不同绢的只是过程不的长短，一哈份耕耘一份盈收获。泥2纹.船培养了自学叶能力和快速刷接受新知识惭的能力。在绪本次设计中根，使用的P栏89C66刚8单片机，霉以前从没有排接触过，只概有现学现用北。本次设计民的过程是不顽断的学习知投识，学完后索又马上的用登于实践，实误践中发现问叹题时，又去坛学习的过程朗。在这个过帝程中，需要结有较强的自敏学能力和快没速接受新知简识的能力。江我体会到不挂管做什么事高情，只要做敢就要用心的偏去做，用自门己的智慧去踢做，努力把朋事情做的最暴好。叮愤顶3哈.患培养了团队朗合作精神。警随着现代科蜓学技术的发虎展，社会分跌工越来越细思，而每个系证统的设计不恰可能地由眠一个人独立膨完成，都将炭山团队一起幅协作升开屿发完成，这置次设计也体系现了这一点肥。让我深深答的体会到，黎把大的看似好很难或者根挽本不能实现谁的，但实际韵上可以实现狐的目标，若笑分为几个部导分，分阶段够的来逐一完驴成，最后你匹会发现，这猪个目标是如煌此的不堪一汉击。自信，夹其实已经成键功了一大半斥了。垦经关过一百多个酿日日泰夜夜的奋战颈，在老师耐构心的指导下骨圆满的完成夺了本次设计绿的任务。致谢谨感谢导师过刘愿老师的热心候指导和不懈杯的教导。感裙谢院系领导凳给予提供的洁实验和设计内环境，让我杯们有了很好彻的设计的环砖境。现毕厚业设计完成扯了，现在回曾顾这段时间燥来看看我做寨的毕业设计描，不足之处性在所难免，盒然而埋在心面里除更多的却是门那份成功和对喜悦之情的迅收获。三个费月前对单片香机的模模糊虹糊我，通过矩本次毕业设截计，在导师陪的指导及自丛己的努力和升同学之间相牌互学习相互符帮助下，使贯我有了长足搅的进步。寿在扰此，我要特估别感谢意刘摩老师对我们盾所倾注的心炮血，付出的刑努力，摆刘映老师严谨的继治学作风，政无私的奉献隔精神，对科豪学的敏感洞谁察力及对科珍学事业的执翠着追求，使才我受益无穷凳，对我即将植踏上的工作纺之路将有着场无可限量的飞帮助。每次裙的硬件电路仪设计和软件笑的调试工作对刘仪老师都在旁舰边细心的指腔导着我们，盘我们的每一尚次小小的失追误都逃不过恩刘椒老师的眼睛僻，却使我改某掉了不仔细逃的坏习惯，数养成了做事龄严谨的良好宋作风。每个鲜节假同当我学们想到设计窝室做设计的棍时候，裁刘戴老师这种无丑私的精神和犹对我们毕业呆设计的关怀省，我打心停里姿感动。在这喜里辅我还要感谢糠我的我的合冲作伙伴啄朱思卷同学，由于楚他的帮助才侧使得我们这循次的毕业设欠计顺利完成岔。参考文献域1曾乖励谱充主编倡《机电一粉体化系统设籍计》舟坐高等教育出犯版社予2邓星敢钟瑞社等主编么统《机电传动解控制》（第管四版）华中胞科技大学出倚版社沉禽2005.察1饼3钱逸走秋酸销主编桃导《单片机原烧理与应用》秤给须子工业出版额社困2娘002.1泉4马葆班庆酒族著颈《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