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

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本文介紹了以51系列單片機(jī)at89s52為控制核心的所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，通過按鍵來控制脈沖頻率從而達(dá)到對彩燈閃爍慢的控制。實(shí)現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和加減速以及啟動(dòng)和停止的功能。控制系統(tǒng)由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用電路證明：脈沖輸入得越多，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度就越多，輸入輸入脈沖的頻率越高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快。系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的,其中硬件包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)，電源模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，led顯示模塊和lcd液晶顯示模塊。軟件采用了keil uvision2編程工具及protel dxp 2004畫圖與制板工具。步進(jìn)

2、電機(jī)就是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。我們可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)是一種特殊的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗木_性和良好的性能而得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速 液晶顯示stepping motor control by microcomputerabstract：this article describes the design of the stepper mo

3、tor control system 51 series mcu at89s52 as the control core, and buttons to control the pulse frequency so as to achieve a lantern flashing slow control. deceleration as well as start and stop processing the stepper motor reversing function. the control system consists of two parts, hardware and so

4、ftware design. proved through the actual application circuit: pulse input more, the angle turned by the motor rotor the more the higher the input frequency of the input pulse, the faster speed of the motor. the system is composed of both hardware and software, including minimum system hardware consi

5、sts of microcontroller, power supply module, a stepper motor driver module, led display module and lcd display module. the software uses the the keil uvision2 programming tools and protel the dxp 2004 drawing tools and system board.the stepper motor is an electrical pulse into the angular displaceme

6、nt of the implementing agencies. it plainly say: when the stepper driver receives a pulse signal, it will drive a stepper motor to set the direction of rotation of a fixed angle (step angle). we can control the number of pulses to control the amount of angular displacement, so as to achieve accurate

7、 positioning purposes; at the same time by controlling the pulse frequency to control the motor rotation speed and acceleration, and speed control purposes. the stepper motor is a special motor, because of its accuracy and good performance has been widely used.key words：microcomputer stepping motor

8、liquid crystal display keyboard目 錄1 前言11.1 課題背景及設(shè)計(jì)意義11.2 設(shè)計(jì)目的及系統(tǒng)功能12 方案比較與最終選擇22.1 方案122.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路22.1.2 步進(jìn)電機(jī)選擇 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 脈沖信號的產(chǎn)生 信號分配 功率放大32.1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路42.1.4 按鍵控制電路42.1.5 led與液晶顯示電路52.1.6 系統(tǒng)總圖62.2 方案272.2.1 基于stc12c5624adr的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路72.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選擇82.2.1 顯示模

9、塊92.2.1 按鍵電路部分102.3 at89s52單片機(jī)簡介102.3.1 常用引腳介紹112.4 方案比較與最終選擇123 電路仿真與分析133.1 電路板制作、焊接、調(diào)制143.1.1 電路板制作：143.1.2 電路板焊接：153.1.3 電路板調(diào)試：153.1.4 測試數(shù)據(jù)154 討論及進(jìn)一步研究建議165 畢業(yè)設(shè)計(jì)心得17參 考 文 獻(xiàn)18附錄19附錄a 系統(tǒng)電路原理圖19附錄b 板電路圖20附錄c 程序：21致謝29華南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績評定表301 前言1.1 課題背景及設(shè)計(jì)意義 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中的關(guān)鍵組件之一，是一種性能良好的數(shù)字執(zhí)行元件，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技

10、術(shù)、電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中的普及與深入，步進(jìn)電機(jī)的需求量越練越大。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及同類產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。但近30年來，數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和永磁材料的迅速發(fā)展，推動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展，為步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的精密執(zhí)行元件，由于步進(jìn)電機(jī)具有控制方便、體積小等特點(diǎn)，所以在數(shù)控系統(tǒng)、自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)化儀表、繪圖機(jī)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。微電子學(xué)的迅速發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的普及與應(yīng)用，為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊前景，使得以往用硬件電路構(gòu)成的龐大復(fù)雜的控制器得以用軟件實(shí)現(xiàn)，既降低了

11、硬件成本又提高了控制的靈活性，可靠性及多功能性。在當(dāng)今社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域步進(jìn)電機(jī)無處不在，應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)器人、工業(yè)電子自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療器件、廣告器材、舞臺(tái)燈光設(shè)備、印刷設(shè)備、計(jì)算機(jī)外部應(yīng)用設(shè)備等等。因此，設(shè)計(jì)出高精確度、實(shí)時(shí)監(jiān)控、語音提示的步進(jìn)電機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，能夠有效地對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速、方向以及準(zhǔn)備定位等進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)采用16位單片機(jī)at89s52對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，通過i/o口輸出的具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號，信號經(jīng)過驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；同時(shí)，用按鍵來對電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，并用lcd1602顯示電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及當(dāng)前運(yùn)行的距離。1.2

12、設(shè)計(jì)目的及系統(tǒng)功能本設(shè)計(jì)的目的是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)出一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用at89s52作為控制單元，對轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。 通過本設(shè)計(jì)，在查閱資料的基礎(chǔ)上，了解at89s52單片機(jī)控制的基本技術(shù)，掌握其控制系統(tǒng)的分析方法與實(shí)現(xiàn)方法，能對單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)與掌握；另一方面，通過設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路，控制程序和相應(yīng)的電路圖，以此培養(yǎng)自己的自學(xué)和動(dòng)手能力，從而為今后參加工作或進(jìn)一步深造打下良好的基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)有以下功能：（1） 步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制（2） 步進(jìn)電機(jī)的速度控制（3） 步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂疲?） 液晶顯示本系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)：（1）

13、 系統(tǒng)供電電源：電壓：5v，電流：600ma（2） 驅(qū)動(dòng)電源輸出：四相四拍方式（3） 步距角：5.625*1/162 方案比較與最終選擇2.1 方案12.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 單片機(jī)型號有很多，本方案采用at89s52。單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖1所示。圖1 單片機(jī)最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)主要包括晶振電路和復(fù)位電路兩部分。晶振電路由兩個(gè)36pf的電容和一個(gè)12mhz的晶振組成。由于一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)時(shí)鐘周期，所以每個(gè)機(jī)器周期應(yīng)為1us。復(fù)位電路采用按鍵式的。當(dāng)單片機(jī)上電時(shí)，電容充電，此時(shí)自動(dòng)給單片機(jī)復(fù)位，即經(jīng)常所說的上電復(fù)位；當(dāng)單片機(jī)在運(yùn)行過程中，遇到某些情況時(shí)，按下鍵，就會(huì)給單片機(jī)復(fù)位。2.1.

14、2 步進(jìn)電機(jī)選擇步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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，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。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的組成方框圖(圖2)如下：脈沖信號信號分配功率放大步進(jìn)電機(jī)負(fù)載圖2 控制系統(tǒng)組成框圖 脈沖信號的產(chǎn)生脈沖信號由單片機(jī)at89s52的i/o口產(chǎn)生，一般的脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，

15、占空比則越大。 信號分配感應(yīng)子式不僅以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍兩種， 具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度；二相八拍為,步距角為0.9度。本設(shè)計(jì)采用步距角為1.8度。 功率放大功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢（李忠杰，1998）。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型

16、，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越大則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動(dòng)電源的電壓越高。經(jīng)以上討論，本方案采用28byj48步進(jìn)電機(jī)。2.1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本方案采用uln2003作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。uln2003 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅npn 復(fù)合晶體管組成。uln2003 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7k 的基極電阻,在5v 的工作電壓下它能與ttl 和cmos 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。uln2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500ma，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50v 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。

17、圖3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路uln2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)電路如圖3所示。圖中的p1代表步進(jìn)電機(jī)的5個(gè)插孔。2.1.4 按鍵控制電路如圖4所示為按鍵控制電路。此電路包括4個(gè)不自鎖按鍵。分別代表開始/停止，正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，加速，減速。每個(gè)按鍵都相當(dāng)于一個(gè)中斷源，就一共需要4個(gè)中斷口，但89s52單片機(jī)只有兩個(gè)中斷口，為了滿足中斷源的需要，用了一個(gè)74ls08芯片，即四個(gè)二輸入與門，接法如圖4所示。四個(gè)按鍵中斷源作為輸入端，輸出接p3.2。沒有按下鍵時(shí)，74ls08輸出是高電平，當(dāng)有按下時(shí)，立即有一個(gè)負(fù)脈沖，觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷，此時(shí)，通過程序檢測是哪個(gè)按鍵按下，即可區(qū)分該執(zhí)行什么操作。如按下s1時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生中

18、斷，進(jìn)入中斷處理程序。在中斷處理程序里檢測到是s1按鍵被按下，就執(zhí)行開始和停止操作。圖4 按鍵控制電路2.1.5 led與液晶顯示電路 為了顯示工作狀態(tài)，本方案設(shè)計(jì)了led顯示與液晶顯示電路。led用了三盞，分別顯示開始/停止?fàn)顟B(tài)，正反轉(zhuǎn)狀態(tài)和加減速狀態(tài)。當(dāng)電路正常工作時(shí)，開始/停止燈亮，不工作時(shí)滅。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，正反轉(zhuǎn)燈亮；反轉(zhuǎn)時(shí)，燈滅。當(dāng)電機(jī)加速工作時(shí)，加減速燈加快閃爍；當(dāng)減速工作時(shí)，加減速燈閃爍速度降低。 液晶顯示電路如圖5所示。此方案的液晶用1602型號的液晶顯示器。有16個(gè)引腳。其中有3條是控制線，8條數(shù)據(jù)線。通寫程序，讓液晶顯示器顯示出系統(tǒng)的工作狀態(tài)。有開始/停止?fàn)顟B(tài)，正反轉(zhuǎn)狀態(tài)和

19、電機(jī)工作速度。為了讓1602工作性能更好，采用了上拉電阻。圖5 液晶顯示電路2.1.6 系統(tǒng)總圖 整個(gè)系統(tǒng)原理圖如圖6所示。圖6 系統(tǒng)原理圖由圖可知，單片機(jī)的端口分配職下。p0口用作液晶顯示器的數(shù)據(jù)線，p1.0p1.3用作按鍵中斷，p1.4p1.6用作led燈狀態(tài)顯示，p2.0p2.3用作電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，p2.4p2.6用作液晶控制線，p3.2用作按鍵中斷口。2.2 方案22.2.1 基于stc12c5624adr的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路本方案采用stc12c5624ad單片機(jī)。本單片機(jī)集有ad轉(zhuǎn)換端口，可以處理模擬信號。如，要檢測電機(jī)的溫度來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。如用89s52芯片，除了要用ad轉(zhuǎn)換

20、芯片，還需占用8個(gè)i/o口，這不利于i/o口的充分利用，而stc12c5624ad就解決了這個(gè)問題。這個(gè)最小系統(tǒng)在整個(gè)控制系統(tǒng)的控制中起到很大的作用。這樣還可以檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。這個(gè)方案不需占用8個(gè)i/o口，而且有利于i/o口的充分利用本方案采用stc12c5624ad單片機(jī)中的stc12c5624ad的最小電路系統(tǒng)如圖7所示。圖7 stc12c5624ad的最小系統(tǒng)圖8 l298n芯片2.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路選擇本方案所采用的步進(jìn)電機(jī)是供電12v的42bygh4604，它的馬力很大轉(zhuǎn)速也比較高。其對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路芯片是l298。l298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，如圖8所示，outl、out2和ou

21、t3、out4之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ena，enb接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)部分除了芯片外，還要用到h橋。如圖9所示，ena是控制使能端，控制outl和out2之間電機(jī)的停轉(zhuǎn)， in1、in2腳接入控制電平，控制outl和out2之間電機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)使能端ena有效，in1為低電平in2為高電平時(shí)，三極管2，3導(dǎo)通，1，4截止，電機(jī)反轉(zhuǎn)（談世哲2007）。當(dāng)in1和in2電平相同時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。表1是其使能引腳，輸入引腳和輸出引腳之間的邏輯關(guān)系。圖9 h橋電路表1 輸入引腳和輸出引腳之間的邏輯關(guān)系enain1in2電機(jī)轉(zhuǎn)向hhl正轉(zhuǎn)hl

22、h反轉(zhuǎn)h同in2同in1停止lxx停止2.2.1 顯示模塊本方案采用12864液晶顯示模塊，它的最大優(yōu)點(diǎn)能顯示漢字模型。當(dāng)然它的編程技巧也相對復(fù)雜。在顯示屏里，能相應(yīng)顯示開始/停止?fàn)顟B(tài)，正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，加減速狀態(tài)和速度。圖11 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖2.2.1 按鍵電路部分 本方案采用觸屏式鍵盤來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，觸屏式鍵盤現(xiàn)在的用途很大，用在課程設(shè)計(jì)中也算是比較新的想法，同時(shí)，它能減輕機(jī)械按鈕的抖動(dòng)，簡化程序的編寫。2.3 at89s52單片機(jī)簡介at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系統(tǒng)可編程flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8位cpu和在系統(tǒng)可編程flash，使

23、得at89s52為眾多嵌入式 控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram，32位i/o口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4kb eeprom，max810復(fù)位電路，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 at89s52可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35mhz，6t/12t可選。和atmel的對比at89s52單片機(jī)

24、具有8k字節(jié)程序存儲(chǔ)空間；512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；內(nèi)帶4k字節(jié)eeprom存儲(chǔ)空間以及可直接使用串口下載（康華光，2006）。其引腳圖如圖10所示：圖 10 at89s52引腳圖 2.3.1 常用引腳介紹p0 口：p0口是一個(gè)三態(tài)雙向口, 可作為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口, 也可作為通用i/o接口。 作為i/o輸出時(shí)，輸出級屬開漏電路，必須外接1k上拉電阻，才有高電平輸出； 作i/o輸入時(shí)，必須先向?qū)?yīng)的鎖存器寫“1”，才不影響輸入電平。當(dāng)p0端口被 地址/數(shù)據(jù)總線占用時(shí)，就無法再作i/o端口使用了。p1 口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電 流。p

25、1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平 時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故，在flash在編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為 第八位地址接收。 此外，p1.0和p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和定時(shí)器/ 計(jì) 數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），具體如下所示。 部分引腳的第二功能：p1.0 t2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出p1.1 t2ex（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）p1.5 mosi（在系統(tǒng)編程中用）p1.6 mosi（在系統(tǒng)編程中用）p1.7 sck（在系統(tǒng)編程中用）p2 口：p2口為一個(gè)內(nèi)

26、不上拉的8雙向i/o口，p2緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， p2口管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部 程序存儲(chǔ)或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給 出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信 號和控制信號（康華光，2006）。p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接受輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口 寫入“1”后，它們被

27、內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉 為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3口作為stc89c52的一些特殊功能口，如下所示。 管腳 第二功能 p3.0 rxd(串行輸入口) p3.1 txd(串行輸出口) p3.2 int0(外部中斷0) p3.3 int1(外部中斷1) p3.4 t0(計(jì)時(shí)器0外部輸入) p3.5 t1(計(jì)時(shí)器1外部輸入) p3.6 wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫通道) p3.7 rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀通道)rest:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rest腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間，此時(shí) 單片機(jī)就會(huì)復(fù)位。ea/vpp：當(dāng)ea保持低電平

28、時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否 有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)ea保持高電平 時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程區(qū)間，此引腳也用于施加12v變成電源（vpp）。ale/prog:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale斷以不變的頻率周期輸出 正脈沖信號，此頻率為震蕩頻率的1/6.因此他可以用作外部輸出的脈沖或用于定時(shí) 目的。然而要注意的是：沒到那個(gè)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ale脈沖。 如果想禁制ale的輸出可在sfr8eh地

29、址上置0.此時(shí)，ale只有執(zhí)行movx，movc指令是 ale才起作用，另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止， 置位無效。psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 psen有效，但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的psen信號將不出現(xiàn)。2.4 方案比較與最終選擇 經(jīng)過我和老師同學(xué)的討論，對兩個(gè)方案進(jìn)行比較，一致認(rèn)為選擇方案一。原因有：1) 基于本系統(tǒng)比較簡單，用不了ad轉(zhuǎn)換，而且stc12c5624adr單片機(jī)的價(jià)格比at89s52貴三倍。從對單片機(jī)的應(yīng)用與知角度，對at89s52的研究更加深入。所以選用at89s52單片機(jī)。2

30、) 本系統(tǒng)所要求的電機(jī)速度不是很高，在節(jié)源和價(jià)格的角度，我選用28byj-48步進(jìn)電機(jī)。從而也對應(yīng)選擇了uln2003驅(qū)動(dòng)芯片。從應(yīng)用的角度來看，uln2003比l298n芯片更容易用，小于像28byj48這樣的小電機(jī)，uln2003完全能勝任。3) 顯示模塊要求顯示的內(nèi)容不多，用led燈和1602顯示模塊就可以了，加上之前我們組都曾用過這個(gè)顯示模塊，所以一致選擇這個(gè)液晶顯示器。4) 按鍵電路，我采用機(jī)械式的按鍵，雖然會(huì)有抖動(dòng)，但通過簡單和延時(shí)程序就能解決。我之前也有做過的經(jīng)驗(yàn)，所以一致選擇這個(gè)。經(jīng)過以上幾點(diǎn)的討論，方案一更符合這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，所以經(jīng)過和同學(xué)老師的討論一致選擇方案一。3 電

31、路仿真與分析電路的仿真圖，如圖12所示。圖12 仿真電路圖當(dāng)接上電源時(shí)，液晶顯示如圖13所示圖13 液晶顯示由圖中可知，此時(shí)開關(guān)狀態(tài)是“c”，代表是關(guān)閉，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。方向是“f”，代表反轉(zhuǎn)狀態(tài)，電機(jī)正作反向轉(zhuǎn)向。當(dāng)按下s1時(shí)，開關(guān)狀態(tài)變?yōu)椤皁”，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)按下s2時(shí)，方向狀態(tài)變?yōu)椤皕”電機(jī)正向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)按下s3時(shí)，電機(jī)作加速運(yùn)動(dòng)，從圖14可知，燈的閃爍越來越快，代表電機(jī)轉(zhuǎn)速越來越大。當(dāng)按下s4時(shí)，電機(jī)作減速運(yùn)動(dòng)，從圖1也可分析得知電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度狀態(tài)。每按下一個(gè)鍵，通過四輸入與門，單片機(jī)的p3.2產(chǎn)生中斷，此時(shí)通過程序去尋找是哪個(gè)按鍵按下，從而相應(yīng)找出該執(zhí)行的命令。圖中的d2和d4作為顯示

32、按鍵s1和按鍵s2的按下情況圖14 燈閃爍快慢代表速度對比圖12和圖14可知，電機(jī)的狀態(tài)在不斷發(fā)生改變。經(jīng)過一系列的仿真，本電路設(shè)計(jì)正確。滿足了課程設(shè)計(jì)的要求。3.1 電路板制作、焊接、調(diào)制.1 電路板制作：在制板，焊接，調(diào)試過程中，遇到不少的問題，以下是我遇到的問題及解決方案：1) 在將碳粉印在板上時(shí)，由于趕時(shí)間，只來回在機(jī)上過了十多次就把板拿下來，發(fā)現(xiàn)碳粉沒有完全印在銅板上，之后我發(fā)現(xiàn)，要注意在160攝氏度或以上溫度下，來回多次（大約在20次以上為宜），防止碳粉不完全落在板上，使制板過程失敗。2) 制版后發(fā)現(xiàn)電路圖中有多處斷線，而在復(fù)印紙上的碳粉已經(jīng)完全印在板上了，經(jīng)細(xì)心檢查

33、，發(fā)現(xiàn)可能是銅線的寬度不夠?qū)?。接著在protel中重新設(shè)定銅線寬度后，最好在25mil左右，發(fā)現(xiàn)斷線明顯的減少。3) 在印好板后，要仔細(xì)檢查版中的電路圖有無斷線，如有斷線，要用黑色簽字筆在電路圖上補(bǔ)好所缺的線。4) 在板上鉆孔時(shí)，要掌握好角度與力度。在鉆孔的過程中，我發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室提供的兩部轉(zhuǎn)機(jī)中，紅色那不那只轉(zhuǎn)頭好像歪了。（特別在剛接觸到板時(shí)，剛要鉆孔時(shí)明顯，也可能是技術(shù)不夠。）5) 在調(diào)試構(gòu)成中，延時(shí)部分要做好，不然會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)速過慢的情況，看起來好像出現(xiàn)錯(cuò)誤，實(shí)際上是轉(zhuǎn)的時(shí)間要長。 因?yàn)槭侵瞥蓡螌影?，所以在設(shè)計(jì)圖的時(shí)候就更加需要合理地分布元器件的位置，盡量不要讓那些線重疊，也就是盡量不

34、要有飛線的存在那樣是比較合理的。然后打印電路圖，印版，腐蝕，打孔，pcb版就完成了。3.1.2 電路板焊接：電路板的焊接基本功在大二的電子工藝設(shè)計(jì)已經(jīng)略有所學(xué)，這次的焊接更多是電子元器件的焊接。我吸取了以前的經(jīng)驗(yàn)，焊接順序按從矮到高的原則，是電路板焊接起來更加方便。3.1.3 電路板調(diào)試：本次調(diào)試過程中遇過很多的問題。所有的錯(cuò)誤源于一個(gè)錯(cuò)誤，就是單片機(jī)的復(fù)位端的插座出現(xiàn)問題了，造成整個(gè)單片機(jī)的復(fù)位出現(xiàn)問題。所開剛開始時(shí)，單片機(jī)根本不能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的工作。好不容易換了一個(gè)新的s52芯片，解決了這個(gè)問題，但誰想到后面的液晶顯示出現(xiàn)問題。后面經(jīng)過一天的摸索，發(fā)現(xiàn)液晶部分的接線錯(cuò)了，但這不是主要問題，

35、到了后面的復(fù)位端插座是致命的。所以到后面把插座修好，整個(gè)一系列的問題都解決掉了。調(diào)試過程中，用了幾個(gè)復(fù)位電路，對它們的認(rèn)識(shí)真的很深，可能也成為后面解決問題的關(guān)鍵吧。我想，一般錯(cuò)的都是外部工作電路，絕對不會(huì)想到一個(gè)小小的復(fù)位電路出現(xiàn)問題。所以這也告訴我以后做這方面的設(shè)計(jì)要注意細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)決定成敗。不過總的來說，本次調(diào)試還是很成功的。3.1.4 測試數(shù)據(jù)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)速度在液晶屏的顯示。利用激光轉(zhuǎn)速表測試數(shù)據(jù)所得的數(shù)據(jù)如表2，表3所示表2 步進(jìn)電機(jī)加速轉(zhuǎn)速表加速次數(shù)速度/rpm初始速度05.8加速一檔+16.1加速二檔+26.4加速三檔+36.7加速四檔+47.0加速五檔+57.3加速六檔+67

36、.6加速七檔+77.9加速八檔+88.2表3 步進(jìn)電機(jī)減速轉(zhuǎn)速表加速次數(shù)速度/rpm初始速度05.8減速一檔-15.5減速二檔-25.2減速三檔-34.9減速四檔-44.6減速五檔-54.3減速六檔-63.7減速七檔-73.4減速八檔-83.1由測試數(shù)據(jù)我可以知道，不進(jìn)電機(jī)每加減速一個(gè)檔位就會(huì)變化0.3rpm（revolution(s) per minute）每分鐘4 討論及進(jìn)一步研究建議電路基本能完成通過多個(gè)按鍵控制點(diǎn)機(jī)的啟停、加速、減速、反轉(zhuǎn)的功能，從而達(dá)到對彩燈閃爍快慢的控制。但是由于時(shí)間的關(guān)系，我沒有再加入一些額外的功能，例如對轉(zhuǎn)速的控制。對于按鍵，由于機(jī)械的彈性震動(dòng)，可能會(huì)存在這抖動(dòng)

37、的現(xiàn)象，即在電路的短時(shí)間內(nèi)多次接通和斷開開關(guān)，使邏輯電平多次在0和1之間跳變，從而導(dǎo)致了錯(cuò)誤的邏輯輸入。此時(shí)，我們可以用一些硬件或軟件的方法來對其加以控制。如用邏輯控制門sr鎖存器或軟件編程在中斷中加入一定的延時(shí)。5 畢業(yè)設(shè)計(jì)心得這次的設(shè)計(jì)主要是做步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，通過按鍵對步進(jìn)電機(jī)的速度加以控制，從而達(dá)到對彩燈閃爍快慢的控制。由于這次的設(shè)計(jì)中，我用到了編程，設(shè)計(jì)程序?qū)﹄姍C(jī)加以控制。雖然對于編程之前是有學(xué)過，也有用過，但是每次對它的運(yùn)用都會(huì)有新的體會(huì)。在制版的時(shí)候我也遇到各種各樣的問題。成功絕對不是偶然的，我都是經(jīng)過一次又一次的修改，一次又一次的調(diào)試才換來了最后的勝利。在做設(shè)計(jì)的時(shí)候這也是我

38、的一番收獲，那就是“永不言敗”不要知難而退，只要我真的努力過，真的有付出，不斷地去嘗試，到最后我肯定可以有所收獲。知識(shí)的獲取就是在不斷的失敗當(dāng)中得到的。經(jīng)過老師耐心細(xì)致的指導(dǎo)，經(jīng)過一個(gè)月的努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)告一段落。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分： 硬件設(shè)計(jì)主要是把單片機(jī)最小系統(tǒng)、液晶顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、矩陣鍵盤輸入模塊等各個(gè)硬件功能模塊及其它元件合理搭配并連接起來使其能夠?yàn)檐浖\(yùn)行提供一個(gè)硬件平臺(tái)。 軟件設(shè)計(jì)主要是通過編寫程序代碼，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的控制。在系統(tǒng)上電復(fù)位后程序自動(dòng)運(yùn)行，通過接受外部的鍵盤操作修改系統(tǒng)參數(shù)值，控制步進(jìn)電機(jī)

39、的啟停，轉(zhuǎn)動(dòng)方向，速度及運(yùn)行距離。通過本次設(shè)計(jì)，我深入地了解了把理論設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實(shí)實(shí)物的整個(gè)過程，如：電路設(shè)計(jì)，分析計(jì)算，畫電路圖，焊接電路，檢查調(diào)試，軟件設(shè)計(jì)，再到軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試，最后直到系統(tǒng)完成。這為我以后的設(shè)計(jì)打下了一具好的基礎(chǔ)。而且使我更加熟悉整個(gè)設(shè)計(jì)的過程和一些軟件和硬件設(shè)備的使用。對我以后在這方面的工作有了很大的幫助。參 考 文 獻(xiàn)康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分第五版）m.北京：高等教育出版社，2006：245-300.康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分第五版）m.北京：高等教育出版社，2006：434-453.李忠杰，寧守信.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.譚

40、浩強(qiáng).c程序設(shè)計(jì)（第三版）m北京：清華大學(xué)出版社，2005：104-106.談世哲.protel dxp 2004電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與典型范例m.北京：電子工業(yè)出版社，2007,121-171.王衛(wèi)星.單片機(jī)原理與應(yīng)用開發(fā)技術(shù)m.北京：中國水利水電出版社，2009：92-116.楊莉，魏萍.基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)j.南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（6）.albert c.leenhouts.smooth step motor motion with half driver.annual symposium on imcsd.1995,24(2).附 錄附錄a 系統(tǒng)電路原理圖附錄b 板電路圖

41、附錄c 程序：#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code seq=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09;/電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)順序sbit on_off_out=p10; /開始/停止sbit spin_out=p11; /轉(zhuǎn)向sbit add_out=p12; /加速sbit sub_out=p13; /減速sbit p14=p14; /sbit p15=p15; /sbit p16=p16; /sbit lcdrs=p24; /lcd液晶控制rssbit lcdr

42、w=p25; /lcd液晶控制rwsbit lcden=p26; /lcd液晶控制enuchar code table=way:;/顯示方向uchar code table1=on/off:;/顯示開關(guān)uint num;int stemp;int on_off=1;int spin=1;int adds=1;int subs=1;int i=0;uint speed=75;int j=0;void delayp(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=50;y0;y-);void write_com(uchar com) /寫指令 lcdrs=0;p0=com;delayp(5);lcden=1; /下降治觸發(fā)delayp(5);lcden=