步進(jìn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計

PAGE新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機械交通學(xué)院《單片機技術(shù)與應(yīng)用》課程設(shè)計說明書題目：專業(yè)班級：電氣工程及其自動化104班學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：時間：2013年6月目錄一、設(shè)計目的 1二、設(shè)計內(nèi)容 1三、設(shè)計步驟 11．硬件電路設(shè)計 11.1．硬件電路組成框圖 11.2．各單元電路及工作原理 21.3.繪制原理圖 51.4.元件計算 51.5.元件清單列表 62.程序設(shè)計 62.1繪制程序流程圖 62.2匯編程序 8四、調(diào)試與仿真 9五、硬件調(diào)試結(jié)果 11六、心得體會 13謝辭 14參考文獻(xiàn)： 15PAGE15步進(jìn)電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路設(shè)計一、設(shè)計目的通過課程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生運用已學(xué)知識解決實際問題的能力、查閱資料的能力、自學(xué)能力和獨立分析問題、解決問題的能力和能通過獨立思考。二、設(shè)計內(nèi)容采用80C51單片機對步進(jìn)電機進(jìn)行控制，通過IO口輸出的具有時序的方波作為步進(jìn)電機的控制信號，控制步進(jìn)電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)。用按鈕開關(guān)控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)向，設(shè)兩個開關(guān)其中一個按鈕被按下時步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)另一個按鈕被按下時，則步進(jìn)電機反轉(zhuǎn)。用數(shù)碼管顯示步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動方向，當(dāng)電機正轉(zhuǎn)時數(shù)碼管顯示CC，反轉(zhuǎn)時顯示AA。三、設(shè)計步驟1．硬件電路設(shè)計1.1．硬件電路組成框圖因為步進(jìn)電機的控制是通過脈沖信號來控制的，將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。所以怎樣產(chǎn)生這個脈沖信號和產(chǎn)生怎樣的信號是電機控制的關(guān)鍵。用軟件控制單片機產(chǎn)生脈沖信號，通過單片機的P1口輸出脈沖信號，因為所選電機是兩相的，所以只需要P1口的低四位P1.0~P1.3分別接到電機的四根電線上?？梢酝ㄟ^調(diào)整輸出脈沖的頻率來調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，通過改變輸入脈沖的順序來改變轉(zhuǎn)動方向，P0口接LED數(shù)碼管，可以顯示當(dāng)前的電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，設(shè)置復(fù)位鍵可使正在轉(zhuǎn)動的電機停止轉(zhuǎn)動，大概可分為如下圖所示的幾部分。p0.0~p0.7p0.0~p0.7AT89C51單片機p2.0~p2.3p1.0~p1.3p3.0~p3.4四位數(shù)碼顯示管控制按鍵復(fù)位部分步進(jìn)電機驅(qū)動部分外部晶振電路圖1系統(tǒng)方框圖1.2．各單元電路及工作原理1.檢測電路檢測電路是仿真電路中用于檢測80c51單片機是否正常工作的電路，由發(fā)光二極管和電阻組成，如圖：圖2檢測電路2.系統(tǒng)復(fù)位電路復(fù)位是單片機的初始化操作，只要給RESET引腳加上2個機器周期以上的高電平信號，即可使單片機復(fù)位。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)程序運行出錯或是操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫死鎖狀態(tài)，也需要按復(fù)位鍵重新復(fù)位。在系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)上述的兩項功能，采用常用的按鍵電平復(fù)位電路，這樣復(fù)位鍵有復(fù)位和停止兩個功能，如圖所示。圖3系統(tǒng)復(fù)位電路從圖中可以看出，當(dāng)系統(tǒng)得到工作電壓的時候，復(fù)位電路工作在上電自動復(fù)位狀態(tài)，通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)，只要Vcc的上升時間不超過1ms就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位功能。在本系統(tǒng)中，采用10uF的電容和10kΩ的電阻來實現(xiàn)復(fù)位電路。當(dāng)系統(tǒng)出錯時，直接按開關(guān)實現(xiàn)模擬系統(tǒng)上電復(fù)位的功能，從而實現(xiàn)系統(tǒng)重新復(fù)位啟動。3.系統(tǒng)的時鐘電路時鐘電路是用于產(chǎn)生單片機工作時所必需的時鐘信號。時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)的，有條不紊地一拍一拍地工作。時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本系統(tǒng)中采用外部時鐘方式的電路，如圖所示：圖4系統(tǒng)的時鐘電路在本設(shè)計中的電容C1、C2典型值為30±10pF。外接代內(nèi)容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小會影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。同時，在系統(tǒng)中采用12MHz的晶體振蕩器來產(chǎn)生時鐘脈沖。這樣可以滿足系統(tǒng)在設(shè)計時的機器周期的需要。4.電機驅(qū)動電路由單片機直接輸出的脈沖不足以驅(qū)動步進(jìn)電機正常工作所以需要驅(qū)動電路給步進(jìn)電機提供電源，在本設(shè)計中采用型號為ULN2003A的芯片，使步進(jìn)電機正常工作。驅(qū)動信號由P1口的P1.0~P1.3輸出，分別與驅(qū)動芯片的B1~B4相連，電路如下圖所示：圖5電機驅(qū)動電路5.顯示電路顯示電路采用四位LED數(shù)碼管顯示，在本設(shè)計中采用的型號是HSN-3643S,顯示控制字由P0口輸出，P0.0~P0.7分別與數(shù)碼管的A、B、C、D、E、F、G、dp連接，位控制口由P2口的P2.0~P2.3輸出，分別與數(shù)碼管的1、2、3、4連接。電路如圖所示：圖6顯示電路6.電路開關(guān)通過單刀單擲開關(guān)控制電動機的正反轉(zhuǎn)，電路如圖：圖7電路開關(guān)1.3.繪制原理圖圖8原理圖1.4.元件計算石英的選擇石英晶體頻率的范圍為1.2~12MHZ，常用6MHZ、11.0592MHZ或12MHZ。通常，電容C1和C2的值在5~30pF之間選擇，電容的大小可起微調(diào)頻率的作用。所以選用石英晶體頻率為12MHZ，電容C1和C2的值為30pF。檢測電路的選擇發(fā)光二極管的管壓降為2V,電流為10mA,電阻的選擇：R=(5-2)/0.01=300Ω1.5.元件清單列表名稱型號個數(shù)備注80C51單片機AT80C51*1LED顯示屏HSN-3643S（共陰四位）*1電容30pf*2ULN2003A芯片ULN2003A*1電阻10kΩ100Ω*12*1開關(guān)單刀單擲開關(guān)*2步進(jìn)電機四相步進(jìn)電機電機*1晶振12MHz的晶體振蕩器*1導(dǎo)線導(dǎo)線若干2.程序設(shè)計2.1繪制程序流程圖主程序需具備的功能，要不斷掃描P3口并判斷K1和K2是否閉合，并能根據(jù)其電平高低，輸出不同的控制脈沖，并調(diào)用顯示子程序顯示方向。主程序主程序初始化程序逆序輸出脈沖K2閉合？K1閉合？正序輸出脈沖調(diào)用顯示子程序1調(diào)用顯示子程序2NYNY圖9主程序設(shè)計流程圖顯示正反轉(zhuǎn)顯示正反轉(zhuǎn)輸出位控制字返回主程序調(diào)用延時子程序正轉(zhuǎn)顯示輸出斷碼控制字反轉(zhuǎn)顯示置初始值置初始值圖10子程序流程圖2.2匯編程序系統(tǒng)主程序：ORG00HSTART:MOVR0,#03HMOVR4,#00HMOVP1,#03HWAIT:MOVP1,R0;初始角度,0度MOVP3,#0FFHJNBP3.0,POS;判斷鍵盤狀態(tài)JNBP3.1,NEGSJMPWAITJUST:JBP3.1,NEG;首次按鍵處理POS:MOVA,R4;正轉(zhuǎn)9度MOVDPTR,#TAB1 MOVCA,@A+DPTRMOVP1,AACALLDIRINCR4AJMPKEYNEG:MOVR4,#6MOVDPTR,#TAB1;反轉(zhuǎn)9度MOVA,R4MOVCA,@A+DPTRMOVP1,AACALLDIRFAJMPKEYKEY:MOVP3,#03H;讀鍵盤情況MOVA,P1JBP3.0,FZ1jb小于跳轉(zhuǎn)CJNER4,#08H,LOOPZ;r4和08h比較大于跳轉(zhuǎn)MOVR4,#00HLOOPZ:MOVA,R4MOVDPTR,#TAB1MOVCA,@A+DPTRMOVP1,A;輸出控制脈沖ACALLDIR;程序延時INCR4;地址加1AJMPKEYFZ1:JBP3.1,KEYCJNER4,#255,LOOPF;是結(jié)束標(biāo)志MOVR4,#07HLOOPF:DECR4自減MOVA,R4 MOVDPTR,#TAB1MOVCA,@A+DPTRMOVP1,A;輸出控制脈沖ACALLDIRF;程序延時AJMPKEYTAB1:DB02H,06H,04H,0CHDB08H,09H,01H,03H;正轉(zhuǎn)模型資料顯示子程序：DIR:MOVDPTR,#TABL1;正轉(zhuǎn)顯示AJMPDIR1DIRF:MOVDPTR,#TABL2；反轉(zhuǎn)顯示DIR1:MOVR1,#00HMOVR2,#04H MOVR3,#0F7HDIR2:MOVA,R1 MOVCA,@A+DPTR MOVP0,AMOVA,R3 MOVP2,A RRA MOVR3,A INCR1 ACALLDELY DJNZR2,DIR2 RETDELY:MOVR6,#20H；延時D1:MOVR7,#56HLOOP:DJNZR7,LOOP DJNZR6,D1 RETTABL1:DB06H,06H,06H,00H；正轉(zhuǎn)TABL2:DB06H,06H,06H,40H；反轉(zhuǎn) END四、調(diào)試與仿真繪制完電路圖后，將編好的程序輸入軟件內(nèi)檢查所編程序是否正確，檢查程序無誤后裝入單片機內(nèi)，進(jìn)行防真。首先工作的是檢測電路，發(fā)光二極管亮5秒，說明單片機80C51是正常的。如圖：圖11檢測電路工作令反轉(zhuǎn)鍵K1閉合，步進(jìn)電動機反轉(zhuǎn)工作，數(shù)碼管顯示AA,如圖：圖12步進(jìn)電動機反轉(zhuǎn)在反轉(zhuǎn)時，如果按下復(fù)位鍵，電機會停止轉(zhuǎn)動，數(shù)碼管也將不顯示轉(zhuǎn)向，發(fā)光二極管。正轉(zhuǎn)鍵K2閉合