基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

命運(yùn)如同手中的掌紋，無論多曲折，終掌握在自己手中。基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)你今天的日積月累，終會(huì)變成別人的望塵莫及。PAGE1你今天的日積月累，終會(huì)變成別人的望塵莫及。命運(yùn)如同手中的掌紋，無論多曲折，終掌握在自己手中。你今天的日積月累，終會(huì)變成別人的望塵莫及。緒論1.1課題研究的目的和意義步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動(dòng)機(jī)，它最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價(jià)，又非?？尚?，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)控制生產(chǎn)以及儀器上應(yīng)用十分廣泛。通常都要對(duì)一些機(jī)械部件平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)移動(dòng)的位移和角度控制要求較高，一般的電機(jī)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)位置和角度的精確控制，在一些智能化要求較高的場合，用模擬芯片控制器及信號(hào)發(fā)生器來控制有一定局限性。而用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)可以改善性能，步進(jìn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)精確的角度和轉(zhuǎn)數(shù)，具有良好的步進(jìn)特性，最適合數(shù)字控制。在工控設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。而單片機(jī)具有芯片體積小，兼容性強(qiáng)，低電壓地，低功耗等特點(diǎn)，使單片機(jī)成為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的最佳空盒子單元。所以單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)控制精度高，運(yùn)行穩(wěn)定，得以廣泛運(yùn)用。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需求量與日俱增，研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。1.2國內(nèi)外研究概況基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第1頁。步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年由英國人發(fā)明的。我國步進(jìn)電機(jī)的研究及制造起始于本世界50年代后期，從50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研機(jī)構(gòu)為研究一些裝置而使用或開發(fā)少量產(chǎn)品。中國在文化大革命中已經(jīng)生產(chǎn)和應(yīng)用，例如江蘇、浙江、北京、南京、四川都生產(chǎn)，而且都在各行業(yè)使用，驅(qū)動(dòng)電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國產(chǎn)化的，當(dāng)時(shí)是全分立元器件構(gòu)成的邏輯運(yùn)算電路，還有電容耦合輸入的計(jì)數(shù)器，觸發(fā)器，環(huán)形分配器。70年代初期，步進(jìn)電機(jī)的生產(chǎn)和研究都有所突破，除反映在驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方面的長足進(jìn)步以外，對(duì)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)本體的設(shè)計(jì)研究發(fā)展到一個(gè)較高的水平。70年代中期至80年代中期為成品發(fā)展階段，新品種高性能電動(dòng)機(jī)不斷被開發(fā)。至80年代中期以來，由于步進(jìn)電機(jī)精確模型做了大量研究工作，各種混合式步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器作為產(chǎn)品廣泛利用?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第1頁。國外在大功率的工業(yè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)上，目前基本不使用大扭矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)閺尿?qū)動(dòng)電路的成本，效率，噪音，加速度，絕對(duì)速度，系統(tǒng)慣量與最大扭矩比來比較，比較不劃算，還是用直流電動(dòng)機(jī)，加電動(dòng)機(jī)編碼器整體技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高。一些少數(shù)高級(jí)的應(yīng)用，就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī)，交流電機(jī)。國外在小功率的場合，還使用步進(jìn)電機(jī)，例如一些工業(yè)器材，工業(yè)生產(chǎn)裝備，打印機(jī)，復(fù)印件，速印機(jī)，銀行自動(dòng)柜員機(jī)。國外用許多現(xiàn)代的手段將步進(jìn)電機(jī)排擠出驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，除了前面提到的旋轉(zhuǎn)編碼器，打印機(jī)還使用光電編碼帶或感應(yīng)編碼帶配合直流電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)直線位移控制。國內(nèi)過去是用大力矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)控，有實(shí)力的公司現(xiàn)在也采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，在驅(qū)動(dòng)設(shè)備的主要差距，是國外對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制理論與工程分析和應(yīng)用能力強(qiáng)，先進(jìn)的控制理論作為軟件，寫在控制器內(nèi)部?？偟膩碚f，步進(jìn)電機(jī)是一種簡易的開環(huán)控制，對(duì)運(yùn)用者的要求低，不適合在大功率的場合使用。在衛(wèi)星、雷達(dá)等應(yīng)用場合，中國在文化大革命后期，就生產(chǎn)了力矩電機(jī)，就生產(chǎn)了環(huán)形力矩電機(jī)，在高品質(zhì)的控制場合，有時(shí)還不能使用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，在改革開放初期，國內(nèi)就已經(jīng)基本掌握，這與交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制相比，難度要低得多?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第2頁?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第2頁。系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，結(jié)合外設(shè)獨(dú)立按鍵、LCD1602液晶顯示器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。按鍵負(fù)責(zé)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，液晶顯示器負(fù)責(zé)顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)模塊通過單片機(jī)的控制從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。獨(dú)立按鍵共有5個(gè)，各自的功能分別為正轉(zhuǎn)啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)、加速、減速和停止。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示：基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第3頁。圖2-1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第3頁。2.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件。的輸入量是脈沖序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。正常運(yùn)動(dòng)情況下，它每轉(zhuǎn)一周具有固定的步數(shù)；做連續(xù)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于能直接接受數(shù)字量的控制，所以特別適宜采用微機(jī)進(jìn)行控制?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。本設(shè)計(jì)采用兩相四線的混合步進(jìn)電機(jī)。不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的驅(qū)動(dòng)器，如圖2所示，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。圖中點(diǎn)劃線所包圍的二個(gè)單元可以用微機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)單元與直接耦合，也可理解成微機(jī)控制器的功率接口，這里予以簡單介紹?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第4頁?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第4頁。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1步進(jìn)電機(jī)介紹3.1.1步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。3.1.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其功用是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移，就是給一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或是前進(jìn)一步。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與脈沖數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率(f)成正比，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第5頁。如下所示的步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3-1是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第5頁。圖3-1

四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第6頁。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖3-2所示：基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第6頁。圖3-2步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖3.2STC89C52簡介STC89C52是51系列的一個(gè)型號(hào)，它是STC公司生產(chǎn)的。STC89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用STC公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的STC89C52單片機(jī)可提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。STC89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,全雙工串行通信口。其引腳圖如圖3-3示?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第7頁。圖3-3STC89C52引腳分布圖基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第7頁。STC89C52具體介紹如下：STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根[8]。P0口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7P1口（Pin1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.73.3硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)、獨(dú)立按鍵、液晶顯示器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等部分組成。其中獨(dú)立按鍵用于輸入控制命令和進(jìn)行各種功能的實(shí)現(xiàn)。用戶按下相應(yīng)的按鍵對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。本系統(tǒng)共有兩部分構(gòu)成，即硬件部分與軟件部分。其中硬件部分由電源輸入部分、按鍵輸入部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分組成。3.2.1復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。如圖3-4所示：EE1R1K1R210K基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第8頁。圖3-4復(fù)位電路原理圖基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第8頁。3.2.2晶振電路ST89C52引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器及電容C2、C1按圖3-5所示方式連接。晶振、電容C2／C3及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容C1、C2的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在0～33MHz之間，電容C2、C3取值范圍在5～30pF之間。根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)中采用12MHZ做系統(tǒng)的外部晶振[11]。電容取值為30pF。圖3-5晶振電路原理圖3.2.3按鍵輸入電路由于本設(shè)計(jì)所用到的按鍵數(shù)量只有五個(gè)，每個(gè)按鍵都有對(duì)應(yīng)功能。當(dāng)單片機(jī)接收都信號(hào)后就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的程序，從而改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。接法如圖3-6所示：基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第9頁。圖3-6鍵盤輸入原理圖基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第9頁。3.2.4顯示電路本設(shè)計(jì)的顯示部分使用的是液晶顯示器LCD1602，該顯示器只能顯示英文字母和數(shù)字，所以步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的顯示使用英文和漢語拼音來指示。程序上電后顯示“direction：”，按下正轉(zhuǎn)按鍵后，在“direction：”后顯示“zheng”，如果按下反轉(zhuǎn)按鍵后，顯示“fan”：按下加速按鍵后，在第二行顯示“jiasu”并顯示當(dāng)前速度。按下停止按鍵后，顯示回復(fù)上電后狀態(tài)。其顯示部分引腳接口如圖3-7所示：R1R1010kP3.2P3.1P3.0DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714RS4R/W5E6VCC2VL+15VL-16VSS1VEE3U2LCD1602圖3-7顯示電路原理圖3.2.5驅(qū)動(dòng)電路基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第10頁。L298N為SGS-THOMSONMicroelectronics所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片(DualFull-BridgeDriver)，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來提供模擬時(shí)序信號(hào)，但在本驅(qū)動(dòng)電路中用L297來提供時(shí)序信號(hào)，節(jié)省了單片機(jī)IO端口的使用。L298N之接腳如圖3-8所示，Pin1和Pin15可與電流偵測用電阻連接來控制負(fù)載的電路；OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之間分別接2個(gè)步進(jìn)電機(jī)；input1~input4輸入控制電位來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；Enable則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第10頁。圖3-8步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第11頁?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第11頁。第4章軟件程序設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)開發(fā)軟件環(huán)境介紹與其它的微處理器一樣，開發(fā)基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制程序也需要一套完整的軟件和硬件開發(fā)工具。最常用的KeilC51。KeilC51是KeilSoftware公司出品的51系列兼容C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。KeilC51軟件提供豐富的和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到KeilC51生成的效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。下面詳細(xì)介紹KeilC51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第12頁。C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，uVision與Ishell分別是C51forWindows和forDos的(IDE），可以完成編輯、、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯生成目標(biāo)文件（.OBJ）。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS）。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行級(jí)調(diào)試，也可由使用直接對(duì)進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第12頁。4.2系統(tǒng)主程序系統(tǒng)分為電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)加速、電機(jī)減速和液晶顯示的幾部分組成，其主程序框圖如圖4-1所示?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第13頁。圖4-1主程序框圖基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第13頁。4.3按鍵部分查鍵程序用于判斷I/O口P3.0、P3.1、P3.2、P3.3和P3.4的值，當(dāng)p3.0為0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)p3.1為0時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；p3.2的值，電機(jī)加速；p3.3口為0時(shí)，電機(jī)減速；p3.4口為0時(shí)，電機(jī)停止；如圖4-2所示?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第14頁。圖4-2查鍵部分流程圖基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第14頁。4.4正轉(zhuǎn)部分系統(tǒng)初始化之后，正轉(zhuǎn)子程序標(biāo)志位不同的值，改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的相序，使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)。流程圖如圖4-3所示。圖4-3正轉(zhuǎn)部分流程圖4.4反轉(zhuǎn)部分基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第15頁。系統(tǒng)初始化之后，反轉(zhuǎn)子程序標(biāo)志位不同的值，改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的相序，使電機(jī)飯向轉(zhuǎn)動(dòng)。流程圖如圖4-4所示?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第15頁。圖4-4反轉(zhuǎn)部分流程圖4.4加減速部分基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第16頁。 單片機(jī)檢測判斷過按鍵值之后，如果是按下的加速鍵，程序會(huì)進(jìn)入加速子程序，使延時(shí)子程序中的變量減一減少延時(shí)的時(shí)間從而加快步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，同理如果按下減速鍵，使延時(shí)子程序中的變量加一增加延時(shí)的時(shí)間從而加快步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第16頁。圖4-5反轉(zhuǎn)部分流程圖基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第17頁?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第17頁。第5章系統(tǒng)的調(diào)試與檢測5.1程序編譯時(shí)的錯(cuò)誤與解決方法把編好的程序（包括正反轉(zhuǎn)程序、停止程序、顯示程序等）合理安排好結(jié)合到一起進(jìn)行編譯。由于編譯只能檢查是否存在語法錯(cuò)誤，所以還要看是否存在邏輯錯(cuò)誤。程序修改好以后，當(dāng)顯示編譯0錯(cuò)誤，0警告的時(shí)候，這說明已經(jīng)沒有語法錯(cuò)誤了，是否有邏輯錯(cuò)誤還要看接上電路板通過仿真以后，步進(jìn)電機(jī)能否正常轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示是否正常。5.2硬件電路檢查電路焊接完成后，首先應(yīng)該檢測電源和地是否短接，各個(gè)芯片的焊接的位置是否正確、電源和地是否反接。在焊接芯片前應(yīng)該先接好穩(wěn)壓供電電路，看其輸出是否在芯片的承受范圍，正確無誤后方可安裝芯片。5.3步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)錯(cuò)誤及解決方法步進(jìn)電機(jī)一開始不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，以為是電路焊接有問題，為了防止再次出現(xiàn)虛焊，首先將電路板用萬用表檢查了一遍，沒問題。程序也是正確的。后來仔細(xì)看了步進(jìn)電機(jī)工作原理，原來步進(jìn)電機(jī)要正常實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，四個(gè)相序必須弄清。把電機(jī)接上電源，用高電平分別接觸電機(jī)的引線，每接觸一下電機(jī)就會(huì)向前或向后轉(zhuǎn)動(dòng)一下，經(jīng)過幾次試驗(yàn)，終于搞清了電機(jī)的四個(gè)相序，排列順序分別是1—A，2—C，3—B，4—D。弄清了相序，把電路板重新布線，焊接好，結(jié)果電機(jī)能夠正常轉(zhuǎn)動(dòng)了?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第18頁?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第18頁。心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，各種元器件的選用，各種軟件的使用方式，信息遠(yuǎn)距離傳輸，抗干擾能力強(qiáng)等問題，隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。同時(shí)，對(duì)硬軟件的設(shè)計(jì)問題深入理解。我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程項(xiàng)目問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖仿真等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了極大的鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。本次課程設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體實(shí)際要求，主要通過三大塊來設(shè)計(jì)，包括驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、狀態(tài)顯示部分和按鍵部分是設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)以及速度的調(diào)節(jié)。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我對(duì)軟件編程和硬件設(shè)計(jì)的掌握，并且熟悉了LN298、LCD1602和STC89C52等芯片。但是，由于自己的工作沒能做得非常好，在軟件和硬件的各方面原因，系統(tǒng)的應(yīng)用討論不夠，精度還有待于進(jìn)一步提高。同時(shí)，由于時(shí)間的原因，設(shè)備的原因，實(shí)驗(yàn)做的不夠好，相關(guān)驗(yàn)證性的數(shù)據(jù)、信息不夠豐富?？梢钥隙?，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的控制應(yīng)用前景將越來越寬闊，而其控制系統(tǒng)也將向著智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)的研究和探討還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)性能優(yōu)于傳統(tǒng)的步進(jìn)控制器，具有相應(yīng)快，控制方便可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)電一體化、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、自動(dòng)記錄儀、鐘表、印刷設(shè)備等中亦得到廣泛地應(yīng)用，發(fā)展前景廣闊?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第19頁?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第19頁。參考文獻(xiàn)[1]張友德.單片微型機(jī)原理[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2005.[2]張強(qiáng),吳紅星,謝宗武.基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)[J].北京:中國電力出版社，2008.[3]王鴻鈺.步進(jìn)電機(jī)控制入門[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1990.[4]袁任光,張偉武.電動(dòng)機(jī)控制電路選用與258實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.[5]王秀和.永磁電機(jī)[M].北京:中國電力出版社,2007.[6]房玉明,杭柏林.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2006.[7]馮江華.異步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),1999.[8]高偉.AT89單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:國防工業(yè)出版社,2008.[9]韓利虎.淺談步進(jìn)電機(jī)的基本原理[J].內(nèi)蒙古石油化工,InnerMongoliaPetrochemicalIndustry,2007.[10]張巍.淺談單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)[J].安防科技,2006.[11]喬璐.一種實(shí)用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)[J].微特電機(jī),2005.[12]康晶.采用反饋控制的步進(jìn)電機(jī)高低壓驅(qū)動(dòng)電路[J].電力電子技術(shù),2003.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第20頁?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第20頁。附錄A主要C語言源程序#include<reg52.h> #include<INTRINS.H>#define uchar unsignedchar#defineuint unsignedintsbitA1=P1^4;//步進(jìn)電機(jī)A+位定義 sbitA2=P1^5;//步進(jìn)電機(jī)A-位定義sbitB1=P1^6;//步進(jìn)電機(jī)B+位定義sbitB2=P1^7;//步進(jìn)電機(jī)B-位定義sbitkey1=P3^0;//按鍵1位定義 sbitkey2=P3^1;//按鍵2位定義 sbitkey3=P3^2;//按鍵3位定義 sbitkey4=P3^3;//按鍵4位定義sbitkey5=P3^3;//按鍵5位定義 #defineDataPortP0 //LCD1602數(shù)據(jù)端口宏定義sbitLCM_RS=P3^4;//LCD1602命令端口位定義 sbitLCM_RW=P3^5;//LCD1602命令端口位定義 sbitLCM_EN=P3^6;//LCD1602命令端口位定義voidDelayUs(void)//大致延時(shí)1US{;;;;;;;;;;;;}uinty,x;voidDelayMs(uintt)//大致延時(shí)1mS{ for(x=0;x<t;x++) for(y=0;y<10;y++)DelayUs() ； ｝ voidBuJinP(intSpeed)//步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)子程序{ if(Speed<=0) {P1=0xFF;} else {A1=1;A2=0;B1=0;B2=0;DelayMs(Speed);基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第21頁。 A1=1;A2=0;B1=1;B2=0;DelayMs(Speed);基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第21頁。 A1=0;A2=0;B1=1;B2=0;DelayMs(Speed); A1=0;A2=1;B1=1;B2=0;DelayMs(Speed); A1=0;A2=1;B1=0;B2=0;DelayMs(Speed); A1=0;A2=1;B1=0;B2=1;DelayMs(Speed); A1=0;A2=0;B1=0;B2=1;DelayMs(Speed); A1=1;A2=0;B1=0;B2=1;DelayMs(Speed); } }voidBuJinN(intSpeed)//步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn){ if(Speed<=0) {P1=0xFF;} else {A1=1;A2=0;B1=0;B2=1;DelayMs(Speed);//步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速延時(shí) A1=0;A2=0;B1=0;B2=1;DelayMs(Speed); A1=0;A2=1;B1=0;B2=1;DelayMs(Speed); A1=0;A2=1;B1=0;B2=0;DelayMs(Speed); A1=0;A2=1;B1=1;B2=0;DelayMs(Speed); A1=0;A2=0;B1=1;B2=0;DelayMs(Speed); A1=1;A2=0;B1=1;B2=0;DelayMs(Speed); A1=1;A2=0;B1=0;B2=0;DelayMs(Speed);}}voidmain(){ intdirection=2,turn=0;uchari; InitLcd();//顯示器初始化 DisplayOneChar(0,0,'d');//液晶顯示 DisplayOneChar(1,0,'i');DisplayOneChar(2,0,'r'); DisplayOneChar(3,0,'e');DisplayOneChar(4,0,'c'); DisplayOneChar(5,0,'t');DisplayOneChar(6,0,'i'); DisplayOneChar(7,0,'o');DisplayOneChar(8,0,'n'); DisplayOneChar(9,0,':'); key1=1;key2=1;key3=1;key4=1; DelayMs(10000); while(1)基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第22頁。 {基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)全文共25頁，當(dāng)前為第22頁。 if(!key1)//正轉(zhuǎn)按鍵 {DelayMs(5); for(i=0;i<5;i++) {DisplayOneChar(10+i,0,'');} if(!key1) {key1=1; DisplayOneChar(10,0,'z');DisplayOneChar(11,0,'h'); DisplayOneChar(12,0,'e');DisplayOneChar(13,0,'n'); DisplayOneChar(14,0,'g'); direction=0; turn=10; while(!key1);} } if(!key2) {DelayM