單片機基于80C51單片機的步進電機控制系統(tǒng)

1、中國地質(zhì)大學長城學院本科課程設計題目：基于 80C51 單片機的步進電機控制系統(tǒng)系別信息工程系學生姓名專業(yè)電氣工程及其自動化學號指導教師職稱吼2014 年 6 月 11 日摘要本文研究基于 5151 系列單片機的步進電機控制系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)包括以下幾個部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、終端接收，該系統(tǒng)以匯編語言為單片機的驅(qū)動程序語言，單片機控制步進電機，主要任務是把二進制數(shù)變成脈沖序列， 按相序輸入脈沖以實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動方向控制， 利用單片機實現(xiàn)對步進電機的遠距離實時監(jiān)控，從而達到高效、節(jié)能的控制步進電機工作的目的，該系統(tǒng)具有成本低、 控制方便的特點。 使用單片機驅(qū)動四相步進電機， 控制步進電機以四相八拍

2、的方式運行，來實現(xiàn)步進電機正向/反向旋轉(zhuǎn)， P1.0P1.0P1.3P1.3 分別控制步進電機； P1.5P1.5P1.7P1.7 分別控制步進電機的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。關鍵詞：5151 單片機；步進電機；數(shù)據(jù)采集；匯編語言；摘要 0 01 1 設計目的 1 12 2 設計內(nèi)容與要求 1 13 3 總體設計方案 1 13.13.1 整體方案 1 13.23.2 具體方案實現(xiàn) 1 14 4 系統(tǒng)硬件設計 2 24.1.復位電路 2 24.2晶振電路 2 24.3按鍵電路 3 34.4指示燈電路 3 34.5驅(qū)動電路 4 44.6步進電機 4 45 5 程序軟件設計 5 5程序流程圖 5 5源程序

3、6 66 6 系統(tǒng)調(diào)試與仿真 7 77 7 總結(jié) 8 81設計目的. .掌握單片機控制步進電機的硬件接口電路。. .掌握步進電機驅(qū)動程序的設計和調(diào)試方法。. .熟悉步進電動機的工作特性。2設計內(nèi)容與要求1.1.查閱資料，了解步進電機的工作原理。2,2,通過單片機給定參數(shù)控制電機轉(zhuǎn)動。3.3.通過按鈕控制正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。3總體設計方案整體方案本系統(tǒng)主要是由 AT89C51AT89C51, ,步進電機控制器 ULN2004ULN2004, ,步進電機， 通過單片機編程， 實現(xiàn)步進電機控制的脈沖分配，使電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)以及停止等功能具體實現(xiàn)方案根據(jù)系統(tǒng)要求畫出單片機控制步進電機的控制框圖，見下圖

4、。系統(tǒng)包括單片機、按鍵、驅(qū)動電路和步進電機。開始通電后，步進電機停止轉(zhuǎn)動，單片機分別接有按鈕開關正，反，停用來控制步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。當按下正后，電機正轉(zhuǎn)；當按下反后，電機反轉(zhuǎn)，當按下停，電機停轉(zhuǎn)。4系統(tǒng)硬件設計本系統(tǒng)主要由單片機主控模塊、復位電路模塊、晶振電路模塊、獨立鍵盤電路模塊、指示燈電路模塊、驅(qū)動電路模塊、步進電機模塊等組成，下面將對各模塊作簡要介紹。復位電路為確保微機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。AT89C52AT89C52 的復位端是一個施密特觸發(fā)輸入，高電平有效3。RSTRST 端如果由低電平上升到高電平并持續(xù) 2 2

5、個機器周期，系統(tǒng)將實現(xiàn)一次復位操作。此復位電路中，上電或按一下復位開關都能在 RSTRST端出現(xiàn)一段時間的高電平，使系統(tǒng)復位。如圖 1 1 示。晶振電路每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全稱是叫晶體振蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步6。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。本次設計的晶振其輸入端為芯片引腳 XTAL1XTAL1,其

6、輸出端為芯片引腳 XTAL2XTAL2。通過這兩個引腳在芯片外并接 12MHz12MHz 晶振和兩只 30F30F 的電容，這樣就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖 2 2 示。功能如下：正：正轉(zhuǎn)鍵。按下時步進電機正轉(zhuǎn)。反：反轉(zhuǎn)鍵。按下時步進電機反轉(zhuǎn)。停：停止鍵。運行狀態(tài)按下此鍵即停止運轉(zhuǎn)。指示燈電路指示燈電路包括 D1D1、D2D2、D3D3、D4D4 四個 LEDLED 燈組成，分別串聯(lián)一個分別串聯(lián)一個電阻，提供穩(wěn)定的電壓與電流。4.3 按鍵電路本設計的鍵盤電路由3 3 獨立按鍵組成，如圖 3 3 示。圖表3圖表2圖表4驅(qū)動電路模塊驅(qū)動電路模塊包括四個非門和 unl2003unl2003, ,

7、通過脈沖讓步進電機轉(zhuǎn)動。步進電機有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅(qū)動。若每旋轉(zhuǎn)一圈以2020 個勵磁信號來計算，則每個勵磁信號前進 1818 度，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全步勵磁又有 1 1 相勵磁及 2 2 相勵磁之分，而半步勵磁又稱 1-21-2 相勵磁。圖為步進電動機的控制等效電路，適應控制 A A、B B、/A/A、/B/B 的勵磁信號，即可控制步進電動機的轉(zhuǎn)動。每輸出一個脈沖信號，步進電動機只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號，即可步進電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動。勵磁順序：A-ABB-BCHCA

8、-ABB-BCHC- -CAADAcACAADAcA。5.1 程序流程圖本設計中采用了主程序調(diào)用各個子程序的方法。硬件處于準備開始的狀態(tài)。掃描是否有按鍵按下，包括對系統(tǒng)初始化和對硬件設備進行初始化，并使有則跳轉(zhuǎn)到相應的子程序執(zhí)行，沒有則循環(huán)等待。子程序采用查表法獲取數(shù)值，使得單片機發(fā)出相應的脈沖驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。具體程序流程圖如下。5程序軟件設計5.2 源程序ORG0000LJMPSTARTORG0100HSTART:LOOP:MOVP1,#00H;步進電機停止ORLP1,#0E0HMOVA,P1JBACC.5,STOP;停止JBACC.6,FOR;正轉(zhuǎn)JBACC.7,rev;反轉(zhuǎn)JMPLOO

9、P;FOR:MOVR0,#00H;正轉(zhuǎn)到 tab 取碼指針初值for1:MOVA,R0;取碼MOVDPTR,#TABLE;MOVCA,A+DPTRJZLOOP;是否到了結(jié)束碼 00hCPLA;把 acc 反向MOVP1,A;輸出到 p1 開始正轉(zhuǎn)ACALLDELAY;轉(zhuǎn)動的速度INCR0;取下一個碼JMPFOR1;繼續(xù)正轉(zhuǎn)rev:MOVR0,#09H;反轉(zhuǎn)到 tab 取碼指針初值rev1:MOVA,R0MOVDPTR,#TABLE;取碼MOVCA,A+DPTRJZLOOP;是否到了結(jié)束碼 00hCPLA;把 acc 反向MOVP1,A;輸出到 p1 開始反轉(zhuǎn)ACALLDELAY;轉(zhuǎn)動的速度IN

10、CR0;取下一個碼JMPREV1;繼續(xù)反轉(zhuǎn)stop:MOVP1,#00HJMPLOOPDELAY:MOVR1,#150;步進電機的轉(zhuǎn)速 20msD1:MOVR2,#248DJNZR2,$DJNZR1,D1RETTABLE:db01h,03h,04h,06h,04h,12h,08h,09h;正轉(zhuǎn)表db00;正轉(zhuǎn)結(jié)束db01h,09h,08h,12h,04h,06h,04h,03h；反轉(zhuǎn)結(jié)束END6系統(tǒng)調(diào)試與仿真uzJ_n_2WF白1iPDCTAKpnI(As13VlLXiAUPCiAKPD3fAC21SXTAUPDJS/.H.KPDAHC3Hl35r鳥的TluF冠W得Et陽PH期AdFZJTAi

11、lPZtTAEP1回再乂P77/AKa掃F當UH_LZDA1E!11fE_1以Pt!aPInP39隧pnrr5pjifnrnPT!*raPMZF11kPE3FlJkVWLP13正rK5F1PIHMpms/UTP6.i.ft-TPljg1i*,.EFl?vi%Fa-ftTSCSlJFFR3JLii:uALAII牽J4卜ATPffl1JIKi/m1IB悔/rI2Qin/Pll3rmu/Lz一一鉆11/gss。1工/h6日f,P1Z5JAJ工TOU1d1口;LHJJUJA._F31/卜( (TLEDEiF1313_AJ2.r山RRkA/.7m/LED逮E口3wLEI-t-R7.nn_LED-f!EU

12、-5r；反轉(zhuǎn)db007總結(jié)主要以單片機為基礎，用單片機來控制電機的轉(zhuǎn)動，熟悉單片機的一般搭建電路，了解一般電子電路與單片機構(gòu)成簡單系統(tǒng)及簡單編程的方法。進一步加深對單片機常用指令的理解與運用。能夠較熟練的運用 protuesprotues 繪制電路原理圖以及進行仿真。 在課設過程中， 使我得到了一次用專業(yè)知識、 專業(yè)技能分析和解決問題、全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及常用編程設計思路技巧的掌握方面有了很大的提高。同時在老師的悉心指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，單片機領域?qū)ξ医窈筮M一步學習計算機方面的知識有極大的幫助，使我們積累實際電子制作經(jīng)驗，達到學以致用的目的，真正的吧理論和實踐結(jié)合起來，讓我們進一步體驗到實踐的重