課程設(shè)計(jì)（論文）步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課題名稱步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄第1章緒論 11.1步進(jìn)電機(jī)控制方案與驅(qū)動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介 5 1.2本文研究的內(nèi)容第2章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 162.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 162.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 182.3串口通信模塊 242.4數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 252.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 272.6驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 302.7獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì) 36第3章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 373.1系統(tǒng)軟件主流程圖 373.2系統(tǒng)初始化流程圖 383.3按鍵子流程序 39第4章 總結(jié) 43致謝 44參考文獻(xiàn) 45摘要：本文應(yīng)用單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、字符型lcd和鍵盤陣列，構(gòu)建了集步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器為一體的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。二維

2、工作臺(tái)作為被控對(duì)象通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿在x/y軸方向聯(lián)動(dòng)。文中討論了一種以最少參數(shù)確定一條圓弧軌跡的插補(bǔ)方法和步進(jìn)電機(jī)變頻調(diào)速的方法。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)采用了軟硬件協(xié)同仿真的方法，可以有效地減少系統(tǒng)開發(fā)的周期和成本。最后給出了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。 關(guān)鍵詞: 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，插補(bǔ)算法，變頻調(diào)速，軟硬件協(xié)同仿真第1章緒論1.1步進(jìn)電機(jī)控制方案與驅(qū)動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介1.1.1步進(jìn)電機(jī)控制方案單片機(jī)的控制采用單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法。用軟件代替環(huán)形分配器，達(dá)到了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。系統(tǒng)中采用單片機(jī)接口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)線路。由于單片機(jī)的強(qiáng)大功能，還可

3、設(shè)計(jì)大量的外圍電路，鍵盤作為一個(gè)外部中斷源，設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔次、停止等功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制，顯示器及時(shí)顯示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)速度等狀態(tài)。環(huán)形分配器其功能由單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，采用軟件編程的辦法實(shí)現(xiàn)脈沖的分配。本方案有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)單片機(jī)軟件編程可以使復(fù)雜的控制過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和精確控制，避免了失步、振蕩等對(duì)控制精度的影響；(2)用軟件代替環(huán)形分配器，通過對(duì)單片機(jī)的設(shè)定，用同一種電路實(shí)現(xiàn)了多相步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，大大提高了接口電路的靈活性和通用性；(3)單片機(jī)的強(qiáng)大功能使顯示電路、鍵盤電路、復(fù)位電路等外圍電路有機(jī)的組合，大大提高系統(tǒng)的交

4、互性5。1.1.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上個(gè)世紀(jì)就出現(xiàn)了，它的組成、工作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒有什么本質(zhì)區(qū)別，也是依靠氣隙間的磁導(dǎo)變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。上世紀(jì)80年代以后，由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式變得更加靈活多樣。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)指的是用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)級(jí)來實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通電和斷電，同時(shí)也是對(duì)繞組承受的電壓和電流進(jìn)行控制的技術(shù)。到目前為止，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)通常分為單電壓驅(qū)動(dòng)、單電壓串電阻驅(qū)動(dòng)、高低壓驅(qū)動(dòng)、斬波恒流驅(qū)動(dòng)、升頻升壓驅(qū)動(dòng)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)等。1.2本文研究的內(nèi)容在一般的步進(jìn)電機(jī)工作中，其電源均采用單極性直流電，通過對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞

5、組按恰當(dāng)?shù)臅r(shí)序方式通電，就可使其執(zhí)行步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)某一相繞組通電時(shí)相應(yīng)的兩個(gè)磁極就分別形成n-s極產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。在磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使轉(zhuǎn)子齒與定子齒對(duì)其，從而使步進(jìn)電機(jī)向前“走”一步。轉(zhuǎn)子的角位移大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入的脈沖同步。只要能正確控制輸入的電脈沖數(shù)、頻率以及電機(jī)各相繞組通電的相序，即可得到所需要的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，通過單片機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字控制。本設(shè)計(jì)采用at89s51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。由單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過脈沖分配器后分解出對(duì)應(yīng)的四相脈沖，分解出的四相脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)

6、電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。本課題的研究目的之一就是設(shè)計(jì)一套硬件系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但功能較為齊全，適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便，交互性強(qiáng)，可靠性高的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。第2章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 2.1.1系統(tǒng)的方案簡(jiǎn)述與設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)at89s51來作為整個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心部件，采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298及其外圍電路構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，再加上作為執(zhí)行部件的步進(jìn)電機(jī)來構(gòu)成了一個(gè)基本的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的具體功能和要求如下： 1.單片機(jī)最小系統(tǒng)板的設(shè)計(jì)； 2.設(shè)計(jì)兼有兩相兩拍和兩相四拍的脈沖分配器; 3.實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的啟停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制； 4.驅(qū)動(dòng)電路可提供電壓為12v，電流

7、為0.3a的驅(qū)動(dòng)信號(hào); 5.能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，最低轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分，最高轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分； 6.步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由數(shù)碼管顯示； 7.鍵盤掃描電路的設(shè)計(jì)2.1.2 系統(tǒng)的組成及其對(duì)應(yīng)功能簡(jiǎn)述整個(gè)系統(tǒng)的組成包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，串口下載模塊，數(shù)碼管顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊，獨(dú)立按鍵等模塊組成。具體框圖如圖3.1所示：圖3.1系統(tǒng)總體框圖單片機(jī)最小系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，它主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖，通過單片機(jī)的軟件編程代替環(huán)形脈沖分配器輸出控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小與單片機(jī)輸出的脈沖數(shù)成正比步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與輸出的脈沖頻率成正比，而步進(jìn)電

8、機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的的方向與輸出的脈沖順序有關(guān)。同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)還負(fù)責(zé)處理來自電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電流值。與此同時(shí)，單片機(jī)將會(huì)把電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以及電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流通過數(shù)碼管顯示出來。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)將單片機(jī)發(fā)給步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。串口下載模塊主要是負(fù)責(zé)實(shí)行計(jì)算機(jī)和單片機(jī)之間的通信，將在計(jì)算機(jī)里面編寫好的程序下載到單片機(jī)芯片當(dāng)中。數(shù)碼管顯示模塊就主要是顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)向，和通過電機(jī)的電流等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊主要是檢測(cè)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的電流，然后通過運(yùn)放將檢測(cè)到的信號(hào)放大，最后將放大后的信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片adc0804處理后送給

9、單片機(jī)。獨(dú)立按鍵作為一個(gè)外部中斷源，和單片機(jī)端口連接，通過它設(shè)置了電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速，顯示電機(jī)電流等功能。采用了中斷和查詢相結(jié)合的方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳的及時(shí)的控制。2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用at89s51單片機(jī)構(gòu)成了控制系統(tǒng)的核心，其基本模塊就主要包括復(fù)位電路和晶體震蕩電路。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，單片機(jī)的p 0口、p 1口、p 2口、p 3口全部參與系統(tǒng)工作，單片機(jī)最小系統(tǒng)的接線如圖3.3所示：圖3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖2.2.2 單片機(jī)端口分配及功能1、其中p 0口用于控制數(shù)碼管的具體顯示功能，既是數(shù)碼管的段選。2、p 1口主要用于控制

10、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298的工作，以及adc0804芯片的編程的讀寫控制。3、p 2口主要用于控制數(shù)碼管的公共端，既是數(shù)碼管的位選。與此同時(shí)還處理鍵盤掃描電路的。4、p 3口主要用于負(fù)責(zé)處理adc0804的模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片的工作。2.3串口通信模塊本設(shè)計(jì)采用串口通信，來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的通信。其具體的電路圖如圖3.4所示。圖3.4串口通信模塊2.4數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的顯示部分可以用液晶顯示的方案可供選擇，液晶顯示和數(shù)碼管顯示的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：數(shù)碼管顯示內(nèi)容單一，而液晶顯示器顯示內(nèi)容豐富，因?yàn)橐壕б话愣际瞧叨伟俗值闹荒茱@示單一的內(nèi)容，而液晶顯示的內(nèi)容就很豐富；數(shù)碼管還比液晶顯示耗電，

11、而且使用液晶也比使用數(shù)碼管顯得美觀。但是控制液晶顯示器的時(shí)候占用的系統(tǒng)資源多，編程更復(fù)雜，最關(guān)鍵的是液晶顯示的成本是數(shù)碼管的幾十倍，所以考慮到應(yīng)用價(jià)值，最終還是確定選用數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的顯示部分功能。2.4.1共陽數(shù)碼管簡(jiǎn)介四位共陽數(shù)碼管的管腳分配如下圖3.5所示：圖3.5四位共陽數(shù)碼管管腳定義數(shù)碼管的管腳排列：從數(shù)碼管的正面觀看，左下角的那個(gè)腳為1腳，從1腳開始，按照逆時(shí)針方向排列依次是1腳到12腳，其中12、9、8、6為公共角，為位選信號(hào)輸入端。剩余的八個(gè)腳是段選信號(hào)輸入端，其對(duì)應(yīng)方式是a-11、b-7、c-4、d-2、e-1、f-10、g-5、dp-3。只有詳細(xì)的了解了數(shù)碼管的管腳定義，

12、以及段選位選情況，我們才能通過編程對(duì)其正常的顯示進(jìn)行很好的控制。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中采用了數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示，下面我們對(duì)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示作一詳細(xì)介紹。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極com增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的i/o線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就

13、不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)led數(shù)碼管的com端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o口，而且功耗更低。2.4.2本設(shè)計(jì)選用了數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)，其段選的控制a、b、c、d、e、f、g、dp按照數(shù)碼管的簡(jiǎn)介資料選用了p 0口作為其控制端口，其位選部分由于單片機(jī)的控制端口輸出的電壓不足以直接點(diǎn)亮數(shù)碼管，所以在單片機(jī)控制端口和數(shù)碼管的位選控

14、制端口加入了三極管，其具體的電路連接如圖3.6所示。圖3.6 數(shù)碼管顯示電路2.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)在第一章的1.2.2中已經(jīng)詳細(xì)的介紹了目前的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)的基本類型，考慮要硬件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的方法會(huì)電路復(fù)雜，調(diào)試不方便，而且采用多個(gè)元器件搭接，成本高。而直接采用集成的驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)電路穩(wěn)定，成本低，易于控制，所以最終本設(shè)計(jì)是直接采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片l298作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的核心部件。2.5.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)如圖2.8所示，本設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是由驅(qū)動(dòng)芯片l298及其外圍電路構(gòu)成，其中從l298的2、3腳和13、14腳（即芯片的輸出端）依次按順序連成一個(gè)插座，分別與步進(jìn)電機(jī)的四根線相連。而5、6、7、

15、10、11、12腳就依次與單片機(jī)的p1口的六個(gè)管腳相連。通過這一連接實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與l298以及步進(jìn)電機(jī)的串聯(lián)控制。圖中很重要的部分是由四個(gè)二極管連成的保護(hù)電路，其作用是防止由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高而產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)損壞芯片。由于本設(shè)計(jì)使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓是使用了9v (也可以使用12v)，所以二極管的負(fù)端接9v的參考電壓。如果驅(qū)動(dòng)芯片的電壓改變，那么這個(gè)參考電壓也隨之一起改變。圖2.8電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖2.6驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)芯片電流檢測(cè)模塊的實(shí)際應(yīng)用意義在于，檢測(cè)流過電機(jī)的電流值并及時(shí)顯示，對(duì)于防止電機(jī)過流而損壞電機(jī)有一定的意義。從上面的l298的芯片資料當(dāng)中我們可以知道l298的pi

16、n1和pin15可與電流偵測(cè)電阻連接來偵測(cè)電機(jī)正常工作的情況下的工作電流。一般檢測(cè)電流的方法是通過檢測(cè)電壓值，然后通過歐姆定律換算電流值的方法測(cè)試電流，本設(shè)計(jì)也不例外。設(shè)計(jì)采用的42byg101反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其額定電流值0.2安，在加上一般常用的電流偵測(cè)電阻都是1歐姆或0.1歐姆，這樣換算來檢測(cè)到的電壓值一般是在mv級(jí)，這樣以來，要是直接將檢測(cè)到的電壓值送給adc0804進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換那么由于精度的原因勢(shì)必會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成很大的影響。所以考慮到這一原因我們是先將檢測(cè)到的電流值經(jīng)過op07作放大處理后再將信號(hào)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片處理這樣保證了檢測(cè)值的可靠性。adc0804輸出的數(shù)字信號(hào)再送給

17、單片機(jī)的p 3口，經(jīng)過單片機(jī)處理后最后將檢測(cè)到的數(shù)字信號(hào)通過數(shù)碼管顯示出來。而在顯示這一部分有這樣一個(gè)問題，就是步進(jìn)電機(jī)的工作電流不是一個(gè)恒定值，它是隨著時(shí)間的變化，會(huì)在一個(gè)小范圍內(nèi)不停的波動(dòng)為了使顯示出來的電流數(shù)據(jù)更可靠，我們通過單片編程，采用了取一段時(shí)間的電流的平均值顯示出來。形象的展示這一模塊的整個(gè)工作流程就是如下的圖3.9所示：圖2.9 電流檢測(cè)流程圖2.6.1電流檢測(cè)模塊電路圖如圖3.13所示，op07的3腳是反向輸入端，4腳是同向輸入端，6腳輸出端。按照如圖所示的接法及對(duì)應(yīng)電阻值的大小，我們很容易知道，此連接后的電壓放大倍數(shù)是80倍，且為同向放大。op07放大的信號(hào)來源是l298的

18、1腳測(cè)電流的小電阻分出來的電壓，然后經(jīng)op07放大之后的信號(hào)送給0804處理。圖3.13電流檢測(cè)模塊電路圖3.7獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)一共設(shè)計(jì)了四個(gè)按鍵，其中一個(gè)是單片機(jī)復(fù)位電路按鍵，剩余三個(gè)按鍵是分別一端接p2.1口，p2.2口，p2.3口另一端接地。此時(shí)按鍵的工作原理是按下按鍵之后就相當(dāng)于是把對(duì)應(yīng)的端口的電勢(shì)拉低。在處理按鍵程序前就先去抖動(dòng)，防止因按鍵時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械抖動(dòng)而錯(cuò)誤的重復(fù)執(zhí)行相應(yīng)程序。所有按鍵處理程序都是在等按下后執(zhí)行的。這些在軟件編設(shè)計(jì)部分都會(huì)有說明。12第3章系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、延時(shí)子程序、按鍵響應(yīng)程序，數(shù)碼管顯示程序，讀adc0804子程序及控制

19、脈沖輸出幾部分，事實(shí)上每一部分都是緊密相關(guān)的，每個(gè)功能模塊對(duì)于整體設(shè)計(jì)都是非常重要，單片機(jī)at89s51通過軟件編程才能使系統(tǒng)真正的運(yùn)行起來，軟件設(shè)計(jì)的好壞也直接決定了系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。程序流程圖的設(shè)計(jì)遵循自頂向下的原則，即從主體遂逐步細(xì)分到每一個(gè)模塊的流程。在流程圖中把設(shè)計(jì)者的控制過程梳理清楚。具體程序的講解將在本章各節(jié)做詳細(xì)講解。3.1系統(tǒng)軟件主流程圖當(dāng)給系統(tǒng)供電以后，通過單片機(jī)復(fù)位電路對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行上電復(fù)位系統(tǒng)經(jīng)過初始化以后，便開始執(zhí)行按鍵查詢等待相應(yīng)的操作，當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候程序便調(diào)用并執(zhí)行相應(yīng)的子程序，其具體的主流程圖4.1如下所示：4.1主流程圖3.2系統(tǒng)初始化流程圖對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行

20、初始化，包括系統(tǒng)上電默認(rèn)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定，包括兩相四拍的工作方式，初始速度檔位是30轉(zhuǎn)/分，系統(tǒng)中斷設(shè)定，定時(shí)器設(shè)定，載入定時(shí)器初值和默認(rèn)的工作參數(shù)等，具體流程圖如圖4.2所示。圖4.2系統(tǒng)初始化流程圖3.3按鍵子流程序1、延時(shí)子流程序：在本延時(shí)子流程序當(dāng)中每調(diào)用一次延時(shí)子流程序延時(shí)時(shí)間是1毫秒。2、按鍵響應(yīng)子函數(shù)：在本設(shè)計(jì)當(dāng)中按鍵的一端接地，另一端接單片機(jī)的對(duì)應(yīng)端口，所以當(dāng)按鍵按下，既是將單片機(jī)對(duì)應(yīng)端口電平拉低。所以在編程的時(shí)候判斷按鍵按下是低電平有效。圖4.3畫出的是電機(jī)增速和減速的子流程序框圖。圖3.3增速減速子流程序 3、讀adc0804和模式切換程序框圖如下圖4.4所示，在本設(shè)計(jì)當(dāng)中我的

21、模式切換按鍵只有一個(gè)，負(fù)責(zé)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，電流控制和電機(jī)啟動(dòng)和停止控制。由于編程的時(shí)候設(shè)置的系統(tǒng)工作的默認(rèn)狀態(tài)是正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速30轉(zhuǎn)/分。所以通過連續(xù)按模式切換鍵依次實(shí)現(xiàn)的功能是電機(jī)反轉(zhuǎn)并顯示轉(zhuǎn)速，顯示電機(jī)電流，系統(tǒng)停止工作，系統(tǒng)正轉(zhuǎn)并顯示轉(zhuǎn)速依次切換。編程控制adc0804工作就主要是負(fù)責(zé)讀和寫端口的電平來實(shí)現(xiàn)的。圖3.4讀adc0804子程序及模式切換子流程序4、控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖輸入方式：兩相四拍通電方式：正轉(zhuǎn)：ababababab反轉(zhuǎn)：ababababab兩相八拍通電方式：正轉(zhuǎn)：abbabaabbabaab反轉(zhuǎn)：abaabbabaabbab以兩相四拍正轉(zhuǎn)為例其程序代碼如下： if(i

22、=1) al=1; bl=1; al=0; bl=0; else if(i=2) al=0; bl=1; al=1; bl=0; else if(i=3) al=0; bl=0; al=1; bl=1; else if(i=4) al=1; bl=0; 二、系統(tǒng)組成3.4.硬件設(shè)計(jì)如圖是機(jī)械手微機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路。本系統(tǒng)選用mcs-51系列中的8031芯片，擴(kuò)展了一片2732，以存放用戶程序。由于隨機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不多，只利用片內(nèi)ram。采用兩位led顯示器和28鍵盤，p35、p36和p37分別輸出x、y、和z方向的控制脈沖，p16和p1.7分別用來控制步進(jìn)電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)和產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。 機(jī)械手動(dòng)

23、作 機(jī)械手裝升降盤上，如圖所示。圖中a點(diǎn)固定，步進(jìn)電機(jī)mz帶動(dòng)b點(diǎn)，改變a、b間的較小距離，使得機(jī)械手移動(dòng)較大距離。 貨架 貨架分三層，每層有4個(gè)包位，共計(jì)12個(gè)包位。 圖中數(shù)字為包位編碼，編碼的個(gè)位數(shù)表示x位置，十位數(shù)表示y位置（層數(shù)），以供計(jì)算機(jī)查訊、判斷之用。本例采用sb-2a型步進(jìn)電機(jī)，它工作于三相六拍的工作方式。 電機(jī)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（即正轉(zhuǎn)）時(shí)，各相脈沖順序?yàn)椋篴=1a=1，b=1b=1b，c=1c=1c=1，a=1 電機(jī)按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)（即反轉(zhuǎn)）時(shí)，各相脈沖順序?yàn)椋篴=1a=1，c=1c=1c=1，b=1b=1b=1，a=1 3.5程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件包括：主程序、取包程序、存包程序

24、、貨位判斷程序、x、y方向運(yùn)動(dòng)和機(jī)械手動(dòng)作子程序等。限于篇幅，只給出主要流程圖和程序。 （1）程序流程圖 2、脈沖序列的生成程序 對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的控制，實(shí)際上是控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)和步進(jìn)脈沖的間隔，而步進(jìn)電機(jī)的間隔又可轉(zhuǎn)化為某基準(zhǔn)延時(shí)子程序的循環(huán)次數(shù)。因此，可以很方便地用軟件來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，達(dá)到各種控制目的。主程序功能：管理鍵盤和顯示以及有關(guān)控制。 無鍵按下或執(zhí)行有關(guān)命令后，顯示提示符“-” （2）1. 主程序 org 0000h ajmp main main: mov sp, #60h sun: setb p3.5 setb p3.6 setb p3.7 clr p1.6 clr p1.7

25、 mov r0, #40h mov a, #12h；字符“-” ml0: mov r0, a ;的編碼 inc r0 cjne r0, #42h, ml0setb p1.7 ；復(fù)位信號(hào)鍵輸入/顯示/鍵判斷 f6h-特殊數(shù)據(jù) r3-鍵號(hào)暫存器ml1:acall dir acall key add a， 0f6h ；鍵號(hào)+f6 用于數(shù)字/功能鍵的判斷 jc sun1 ；功能鍵轉(zhuǎn)移至sun1 mov 41h，40h ；數(shù)字鍵號(hào)送顯示緩沖區(qū) mov r0， 40h mov r3 ， a anl a， 0fh ；保留低四位 mov r0，a ajmp ml1 2. 功能鍵處理程序（a、b、c鍵） sun

26、1： mov a， r3 ； cjne a， 0ah，sun2 ajmp qbcx sun2： cjne a， 0bh，sun3 ajmp cbcx sun3： cjne a， 0ch，ml1 ajmp sunv 機(jī)械手控制示意圖v 取包子程序 p1.6-正/反轉(zhuǎn)控制 30h、31h步進(jìn)脈沖暫存器（x方向）qbcx: setb p1.6 ；正轉(zhuǎn) mov 30h，04h ； x0固定脈沖數(shù) mov 31h，0d8h acall xyxc ;調(diào)用x方向運(yùn)行子程序 acall cshc ；調(diào)用測(cè)試子程序 mov 30h，33h ；x方向列脈沖數(shù) mov 31h, 34h ；送30h、31h單元 ac

27、all xyxc ；調(diào)用x方向運(yùn)行子程序 mov 30h，35h ；y方向行脈沖數(shù) mov 31h，36h ；送30h、31h單元 acall yyxc ；調(diào)用y方向運(yùn)行子程序 acall qwzc ；調(diào)用取物子程序 clr p1.6 ；反轉(zhuǎn) mov 30h, 35h mov 31h， 36h acall yyxc ；調(diào)用y方向運(yùn)行子程序 mov 30h， 33h mov 31h, 34h acall xyxc ；調(diào)用x方向運(yùn)行子程序 mov 30h，04h； x0固定脈沖數(shù) mov 31h, #0d8h acall xyxc ；調(diào)用x方向運(yùn)行子程序 acall fwzc ；調(diào)用放物子程序 a

28、jmp sunv 存包子程序p.6-正/反轉(zhuǎn)控制 30h、31h步進(jìn)脈沖暫存器（x方向）33h、34h -35h、36hcbcx: acall qwzc setb p16 mov 30h，04h ；x0固定脈沖數(shù) mov 31h，0d8h ； acall xyxc acall cshc mov 30h，33h mov 31h，34h acall xyxc mov 30h，35hmov 30h， 35h mov 31h， 36h acall yyxc mov 30h， 33h mov 31h， 34h acall xyxc mov 31h，04h mov 31h，0d8h acall xyxc

29、ajmp sun mov 31h，36h acall yyxc acall fwzc clr p16mov 30h， 35h mov 31h， 36h acall yyxc mov 30h， 33h mov 31h， 34h acall xyxc mov 31h，04h mov 31h，0d8h acall xyxcv ajmp sun 4 使用說明 本系統(tǒng)操作方便，而且在存包或取包過程中均有樂曲伴奏，機(jī)械手返回原處，音樂自動(dòng)停止。 一、鍵盤介紹 鍵盤有數(shù)字鍵09、功能鍵mon、q、c鍵，余下3個(gè)擴(kuò)充鍵。 （1）數(shù)字鍵（09）：向微機(jī)輸入十進(jìn)制數(shù)字，組成包位編碼。 （2）功能鍵 監(jiān)控鍵（mon

30、）：使系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控程序。 取包鍵（q）：使系統(tǒng)完成取包操作。 存包鍵（c）：使系統(tǒng)完成存包操作。二、操作說明 （1）開啟電源（+5v和+25v），兩位數(shù)碼管均應(yīng)顯示提示符“-”表示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正常。否則關(guān)閉電源，檢查故障。 （2）預(yù)置包位編碼 先輸入層號(hào)（十位數(shù)），后輸入序號(hào)（個(gè)位數(shù)）例如，設(shè)包位編號(hào)為23，則依次按數(shù)字鍵2和3，顯示23，表示置數(shù)成功。（3）啟動(dòng)功能鍵、完成有關(guān)操作，最后，顯示提示符“一一”。 al=0; bl=1; i=0; 當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，或者工作在兩相八拍模式下可以按上面的代碼類推。第4章 總結(jié)經(jīng)過為期一學(xué)期的學(xué)習(xí)和努力，本次設(shè)計(jì)順利完成，具體結(jié)論如下：1、采用單片機(jī)作為控制核心，利用其強(qiáng)大的功能，把鍵盤電路和數(shù)碼管顯示電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)電流檢測(cè)電路有機(jī)的結(jié)合起來，組成一個(gè)操作方便，交互性強(qiáng)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。2、通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，完成了全部的設(shè)計(jì)任務(wù)，具體功能如下：完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，能通過鍵盤電路控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速最低25轉(zhuǎn)/分，最高轉(zhuǎn)速180轉(zhuǎn)/分；通過編程實(shí)現(xiàn)了通過單片機(jī)能輸出兩相四拍和兩相八拍的脈沖控制序列。驅(qū)動(dòng)電路能提供12v，0.3a的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)方向，檢測(cè)到的電機(jī)電流的大小等都能通過數(shù)碼管顯示