基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)

1、J I A N G S U U N I V E R S I T Y單片機課程設(shè)計 -步進電機控制所屬學院： 電氣信息工程學院 專業(yè)班級： 電氣卓越1202 姓 名： 學 號： 指導(dǎo)教師： 孫運全 日 期： 2015年6月26日 一.設(shè)計任務(wù) 1.從鍵盤上輸入正、反轉(zhuǎn)命令，轉(zhuǎn)速參數(shù)（16級）和轉(zhuǎn)動步數(shù)顯示在LED顯示器上。顯示器上顯示：第一位為0表示正轉(zhuǎn)，為1表示反轉(zhuǎn)；第二位0F為轉(zhuǎn)速等級，第三到第六位設(shè)定步數(shù)。2. 單片機依顯示器上顯示的正、反轉(zhuǎn)命令，轉(zhuǎn)速級數(shù)和轉(zhuǎn)動步數(shù)進行相應(yīng)動作，轉(zhuǎn)動步數(shù)減為零時停止轉(zhuǎn)動。二工作原理1.步進電機原理如圖,當有一相繞組被通電激勵時，磁通從正相齒，經(jīng)過軟鐵芯的轉(zhuǎn)

2、子，并以最短路徑流向負相齒，為使磁通路徑最短，在磁場力的作用下，轉(zhuǎn)子被迫移動，使最近的一對齒與被激勵的一相對準。 那么,通過對它每相線圈中電流的順序切換可使電機作步進式旋轉(zhuǎn)。相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。拍數(shù)：指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB或A-B-C-D-A,四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角:對應(yīng)一個脈沖信號電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移. 步距角=360/(轉(zhuǎn)子齒數(shù)*拍數(shù))=18度2.LED顯示器原理LED數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，這些段分別由字母a,b,c,d,e

3、,f,g,dp來表示。LED顯示器有共陽極和共陰極兩種接法，共陰極顯示器的發(fā)光二極管陰極LED連接在一起，通常此公共陰極接地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示；同樣，共陽極顯示器的發(fā)光二極管LED陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的字段被點亮。3.鍵盤接口原理鍵盤實際上是由排列成矩陣形式的一系列按鍵開關(guān)組成，用戶通過鍵盤可以向CPU輸入數(shù)據(jù)，地址和命令。我們主要需要解決鍵的識別與鍵的抖動消除和鍵的保護等問題。采用8255A接口芯片構(gòu)成的4*8鍵盤的接口電路，其中A口為輸入，作為列線；C口為輸入作為行線。

4、當所有的鍵沒有被按下時，C口輸入均為高；若某列線為低時，恰好該列上有鍵被按下，則鍵所在的行線為低。三設(shè)計原理及步驟系統(tǒng)中使用20BY-0型號步進電機，它使用+5V直流電源，步距角為18度，電機線圈由A、B、C、D四相組成。步進電機控制原理是通過對它每相線圈中的電流的順序切換來使電機作步進式旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動電路由脈沖信號來控制，所以調(diào)節(jié)脈沖信號的頻率便可改變步進電機的轉(zhuǎn)速。BA、BB、BC、BD即為脈沖信號輸入插孔，驅(qū)動器輸出A、B、C、D接步進電機。步驟：先根據(jù)書本的鍵盤掃描程序與數(shù)碼管顯示程序，設(shè)計了鍵盤顯示程序，然后是數(shù)碼管顯示程序，把二者整合到一起，調(diào)試成功后，再設(shè)計了驅(qū)動電機程序，實現(xiàn)電機的

5、正反轉(zhuǎn)與調(diào)速控制。四硬件原理接線圖n 步進電機模塊插頭接實驗系統(tǒng)J3插座，（順接）n 把P1.0P1.3分別接到BABD插孔。五設(shè)計說明及流程圖1.數(shù)碼管顯示字形 LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的字段組成的顯示器。顯示程序任務(wù)：設(shè)置顯示緩沖區(qū)(7EH79 H)，存放待顯示數(shù)據(jù)和字符（位置碼）。顯示譯碼：程序存儲器中建立字形碼常數(shù)表，查表得出對應(yīng)數(shù)據(jù)和字符的字形碼。輸出顯示：輸出字形碼到顯示端口。 2.字位口表（從高位起）3.鍵盤顯示原理圖顯示子程序模塊 采用動態(tài)顯示方式，即一位一位地輪流點亮（掃描）6位顯示器。在8032RAM存儲器中設(shè)置六個顯示緩沖區(qū)單元7EH-79H，分別存放6位顯示器的顯

6、示數(shù)據(jù)（由高到低）。(2)鍵盤輸入模塊實驗系統(tǒng)有4×8的鍵盤結(jié)構(gòu)（見鍵掃顯示原理圖）。鍵盤的行線通過電阻接+5V，當鍵盤上沒有鍵閉合時所有的行線和列線都斷開，行線都為高電平。當鍵盤上某一鍵閉合時，則該鍵所對應(yīng)的行線和列線都短路。CPU逐行逐列地檢查鍵盤的狀態(tài)，可判斷鍵盤上有無鍵閉合。CPU對鍵盤上閉合鍵的鍵號確定，可根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計算求得，也可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)查表求得。鍵號=行首鍵號+列號。鍵輸入流程圖下圖是實際的4*8鍵盤的分布圖，每個方框代表一個鍵，中間的數(shù)字代表鍵值，即鍵盤上印的數(shù)值，每個鍵上方的小數(shù)字代表鍵在掃描時的鍵號。3.步進電機控制步進電機工作時序波形圖 單

7、四拍 雙四拍 八拍四相雙四拍脈沖分配表ABCDN1100N+10110N+20011N+31001根據(jù)表格得出控制步進電機正反轉(zhuǎn)的控制字RM: DB 03H,06H,0CH,09H,00H ；正轉(zhuǎn)控制字LM: DB 03H,09H,0CH,06H,00H ；反轉(zhuǎn)控制字步進電機采用四相四拍運行方式，即AB-BC-CD-DA-AB或A-B-C-D-A；程序中，控制對應(yīng)激勵一相即對該相置“1”， 即置相應(yīng)P1口為1；通過控制每一拍的間隔時間用延時子程序?qū)崿F(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)速的控制。如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會轉(zhuǎn)出一步。兩個脈沖的時間間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)的越快。調(diào)整送給步進

8、電機的脈沖頻率，就可以對步進電機轉(zhuǎn)速進行控制。內(nèi)存使用分配表六程序清單ORG 0000H AJMP MAIN ORG 001BH LJMP T1INT ORG 0300H ；主程序入口MAIN: ACALL SHURU ；調(diào)用輸入子程序，等待確認后返回MOV R1,79H ；設(shè)置顯示緩沖區(qū)MOV R2,7AHMOV R3,7BHMOV R4,7CHMOV R5,#00HMOV A,7DH；讀取設(shè)定的速度等級MOV R6,#4 ；循環(huán)左移四位N1: RL ADJNZ R6,N1MOV TMOD,#10H ；T1模式1，16位計數(shù)MOV TH1,A ；將左移后的速度等級存放到TH1MOV TL1,

9、#00H ；按此裝載，則0等級的定時時間最長，轉(zhuǎn)速最慢，F(xiàn)定時時間最長，轉(zhuǎn)速最快SETB EA；開中斷SETB ET1SETB TR1WAIT: ACALL XS ；調(diào)用顯示子程序，并等待T1中斷JNB ET1,N5 ；若中斷關(guān)閉則步數(shù)已減為零，重新執(zhí)行主程序SJMP WAITN5 : AJMP MAINRM: DB 03H,06H,0CH,09H,00H ；正轉(zhuǎn)控制字LM: DB 03H,09H,0CH,06H,00H ；反轉(zhuǎn)控制字T1INT:PUSH ACC ；T1中斷服務(wù)子程序，保護現(xiàn)場PUSH PSWPUSH DPHPUSH DPLMOV A,7EH ；讀取轉(zhuǎn)向JNZ LEFT ；如果

10、A中的內(nèi)容不為0，則轉(zhuǎn)向LEFT，反轉(zhuǎn)MOV DPTR,#RM ；如果A中的內(nèi)容為0，則正轉(zhuǎn)AJMP N2LEFT: MOV DPTR,#LM N2: MOV A,R5 ；設(shè)置R5作為RM或LM的偏移量MOVC A,A+DPTRMOV P1,AINC DPTR MOV A,R5MOVC A,A+DPTR ；取下一步控制字JNZ NEXT1 ；如果A不為0，則轉(zhuǎn)NEXT1，R5自增一，否則清零MOV R5,#00HAJMP N3NEXT1:INC R5N3: CJNE R1,#00H,M1 ；執(zhí)行步數(shù)減一，并判斷是否為0CJNE R2,#00H,M2CJNE R3,#00H,M3CJNE R4,

11、#00H,M4CLR ET1 ；步數(shù)減為0，關(guān)閉中斷CLR EAM4: DEC R4MOV R3,#09HMOV 7CH,R4AJMP M43M3: DEC R3M43: MOV R2,#09HMOV 7BH,R3AJMP M32M2:DEC R2M32: MOV R1,#09HMOV 7AH,R2AJMP M21M1: DEC R1M21: MOV 79H,R1MOV A,7DHMOV R6,#4N4: RL ADJNZ R6,N4MOV TH1,AMOV TL1,#00HPOP DPL ；恢復(fù)現(xiàn)場POP DPHPOP PSWPOP ACCRETI ；中斷返回SHURU:MOV R0,#7E

12、H ；置顯示緩沖器指針初值MOV R1,#7EH ；置鍵入緩沖指針初值MOV 79H,#00H ；初始化設(shè)定值，使數(shù)碼管“滅”MOV 7AH,#00HMOV 7BH,#00HMOV 7CH,#00HMOV 7DH,#00HMOV 7EH,#00HMOV R3,#06H ；存放未設(shè)置的數(shù)碼管個數(shù)SHURU1:ACALL KS1 ；判斷是否有鍵閉合JZ XY ；A=0，表明無鍵閉合，調(diào)顯示延時ACALL XD ；A不為0，表明有鍵閉合，進行消抖延時CJNE A,#16H,XYRET XY: ACALL XS AJMP SHURU1 XD: ACALL T12ms ACALL KS1 JNZ N0

13、RET N0: ACALL SAOM1 RETSAOM1: MOV R2,#0FEH ；R2記列的掃描字 MOV R4,#0H ；R4記列號SAOM2: MOV DPTR,#0FFDDH ；將掃描字送列 MOV A,R2 MOVX DPTR,A INC DPTR ；指向行地址 MOVX A,DPTR ；讀取行值 JB ACC.0,LONE ；第0行無鍵按下，轉(zhuǎn)查第一行 MOV A,#00H ；第0行有鍵按下，置0行首鍵號#00H AJMP QJH ；轉(zhuǎn)向求鍵號程序 LONE:JB ACC.1,LTW0 MOV A,#08H AJMP QJH LTW0: JB ACC.2,LTHR MOV A,

14、#10H AJMP QJH LTHR: JB ACC.3,NEXT MOV A,#18H AJMP QJHQJH: ADD A,R4 ；鍵號=行首鍵號+列號PUSH ACC ；鍵號進棧保護SAOM3: ACALL KS1 ；等待鍵釋放JNZ SAOM3POP ACC ；釋放后返回A中所存的鍵號CJNE A,#16H,AAA ；根據(jù)鍵號判斷是否是確認鍵AJMP CHSAAA: ACALL QJZ ；根據(jù)鍵號求鍵值，返回A中為待顯示值MOV R1,ADEC R1DJNZ R3,CHS ；如果按鍵值超過6位，則重新設(shè)置設(shè)定值MOV R3,#06HMOV R1,#7EHCHS: RETNEXT: IN

15、C R4 ；增加列號值MOV A,R2JNB ACC.7,CHS ；第8列是否已經(jīng)掃描RL A ；如果沒掃描，就轉(zhuǎn)下一列掃描MOV R2,AAJMP SAOM2QJZ: MOV DPTR,#TAB1 ；求鍵值的子程序MOVC A,A+DPTRRETTAB1:DB 7,4,8,5,9,6,0AH,0BH ；按順序為鍵號0-31，表中為對應(yīng)鍵值 DB 1,0,2,0FH,3,0EH,0CH,0DH DB 0,1,0,1,0,1,0,1 DB 2,3,2,3,2,3,2,3XS: MOV 30H,#20H ；30H單元存放字位碼XS1: MOV DPTR,#TAB MOV A,R0 ；R0指向7E-

16、79H單元 MOVC A,A+DPTR ；查表得R0所指單元值的字形碼 MOV DPTR,#0FFDCH MOVX DPTR,A ；送字形口地址 MOV DPTR,#0FFDDH MOV A,30H MOVX DPTR,A ；送子位碼地址 ACALL T1ms ；延時1ms DEC R0 JB ACC.0,XS2 ；判斷是否已顯示最右邊的數(shù)碼管，是則重置指針R0 RR A MOV 30H,A AJMP XS1XS2: MOV R0,#7EH RETTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H DB 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,

17、86H,8EHT1ms:MOV R7,#02H ；延時1msL4: MOV R6,#0F8HL3: DJNZ R6,L3 DJNZ R7,L4 RETT12ms:MOV R7,18H ；延時12msL6: MOV R6,#0F8HL5: DJNZ R6,L5 DJNZ R7,L6 RETKS1: MOV DPTR,#0FFDDH ；判斷閉合子程序，有鍵閉合則A不為0 MOV A,#00H MOVX DPTR,A INC DPTR MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#0FH RET END七設(shè)計心得體會在大三學年即將進入尾聲的時候，我們電氣工程及其自動化專業(yè)的兩個班級進行了為期五天的單片機課程設(shè)計。這次課程設(shè)計我們的主要任務(wù)就是用單片機完成對步進電機的控制，從鍵盤上輸入正、反轉(zhuǎn)命令，轉(zhuǎn)速參數(shù)（16級）和轉(zhuǎn)動步數(shù)，并顯示在LED顯示器上。第一位為0表示正轉(zhuǎn)，為1表示反轉(zhuǎn)；第二位0F為轉(zhuǎn)速等級，第三到第六位設(shè)定步數(shù)，轉(zhuǎn)動步數(shù)減為零時停止轉(zhuǎn)動。在第一天和第二天我們設(shè)計了鍵盤掃描和數(shù)碼管顯示部分的程序。第三天,設(shè)計了驅(qū)動電機程序，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)與調(diào)速控制。然后對硬件部分進行連線，驅(qū)動電機，觀察在正反轉(zhuǎn)以及各級速度時步進電機能否被正確驅(qū)動，根據(jù)現(xiàn)象做了進一步調(diào)試。第四天,我和我的組員對進行了總結(jié),并準備答辯。在這個過程中，我感覺到所學的單片機內(nèi)容還不是很扎實，所以先把