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 稱講師2014年6月11日摘 要本文研究基于51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的方式運行，來

2、實現(xiàn)步進電機正向/反向旋轉(zhuǎn)，P1.0P1.3分別控制步 進電機；P1.5P1.7分別控制步進電機的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。關鍵詞：51單片機；步進電機；數(shù)據(jù)采集；匯編語言；摘要01設計目的12設計內(nèi)容與要求13總體設計方案13.1 整體方案13.2 具體方案實現(xiàn)14系統(tǒng)硬件設計24.1 復位電路24.2 晶振電路24.3 按鍵電路34.4 指示燈電路34.5 驅(qū)動電路44.6 步進電機45程序軟件設計55.1程序流程圖55.2源程序66系統(tǒng)調(diào)試與仿真77總結(jié)81設計目的1 .掌握單片機控制步進電機的硬件接口電路。2 .掌握步進電機驅(qū)動程序的設計和調(diào)試方法。3 .熟悉步進電動機的工作特性。2設計內(nèi)容與

3、要求1 .查閱資料，了解步進電機的工作原理。2 .通過單片機給定參數(shù)控制電機轉(zhuǎn)動。3 .通過按鈕控制正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。3總體設計方案3.1 整體方案本系統(tǒng)主要是由AT89C51,步進電機控制器ULN2004,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3.2 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。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)

4、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。4.1 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。AT89C52的復位端是一個施密特觸發(fā)輸入，高電平有效。RST端如果由低電平上升到高電平 并持續(xù)2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RST 端出現(xiàn)一段時間的高電平，使系統(tǒng)復位。如圖1示。圖表14.2 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)

5、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XTAL1，其輸出端為芯片引腳XTAL2。通過這兩個引腳在芯 片外并接12MHz晶振和兩只30F的電容，這樣就構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖2示。圖表24.3 按鍵電路本設計的鍵盤電路由3獨立按鍵組成，如圖3示。圖表3功能如下：正：正轉(zhuǎn)鍵。按下時步進電機正轉(zhuǎn)。反：

6、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)。4.4 指示燈電路指示燈電路包括D1、D2、D3、D4四個LED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。圖表44.5 驅(qū)動電路模塊驅(qū)動電路模塊包括四個非門和unl2003,通過脈沖讓步進電機轉(zhuǎn)動。圖表54.6 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 20個勵磁信號來計算，則每個勵磁信號前進18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相勵磁及2相勵磁之分，而半步勵磁 又稱1-2相勵

7、磁。圖為步進電動機的控制等效電路，適應控制A、B、/A、/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-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。圖表65程序軟件設計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。包括對系統(tǒng)初始化和對硬件設備進行初始化，并使 硬件處于準備開始的狀態(tài)。掃描是否有按鍵按下，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。正轉(zhuǎn)模塊5.2源程序ORG0000LJMPSTAR

8、TORG0100HSTART: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)JMPLOOP;FOR:MOVR0, #00H;正轉(zhuǎn)到tab取碼指針初值for1:MOVA,R0;取碼MOVDPTR,#TABLE;MOVC:A,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)ACALL DELAY;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,

9、R0MOVDPTR,#TABLE;取碼MOVC:A,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)ACALL DELAY;轉(zhuǎn)動的速度INCR0;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:db 01h,03h,04h,06h,04h,12h,08h,09h ;正轉(zhuǎn)表db 00;正轉(zhuǎn)結(jié)束db 01h,09h,08h,12h,04h,06h,04h,03h ;反轉(zhuǎn)db 00

10、;反轉(zhuǎn)結(jié)束END6系統(tǒng)調(diào)試與仿真7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protues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 實踐的重要性。對我們以后的工作有很大的幫，同時鍛煉了我們