畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的控制1

1、 摘 要 此控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。其中，硬件設(shè)計(jì)主要包 括單片機(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤控制模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、lcd 顯示模塊等功能模塊的設(shè) 計(jì)，以及硬件電路在電路板上的實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)包括主程序以及各個模塊的控制程序， 最終實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)動速度的控制，并且將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度通過 lcd 液晶顯示屏顯示。本系統(tǒng)具有智能性、實(shí)用性及可靠性的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)；轉(zhuǎn)速控制；方向控制步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)；轉(zhuǎn)速控制；方向控制；角度控制；角度控制 目目 錄錄 摘摘 要要 .i i 第第 1 1 章章 引言引言 .1 1 1.1 步進(jìn)電機(jī)介紹 .1 1.

2、2 系統(tǒng)功能.2 第第 2 2 章章 方案論證與比較方案論證與比較 .3 3 2.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 .3 2.2 單片機(jī)的選擇 .3 2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) .4 第第 3 3 章章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) .5 5 3.1 硬件設(shè)計(jì)思路 .5 3.2 總體設(shè)計(jì)框圖.5 3.3 單片機(jī)系統(tǒng).6 3.3.1 單片機(jī)概述 .6 3.3.2 stc89s52 單片機(jī).7 3.4 步進(jìn)電機(jī) .10 3.4.1 步進(jìn)電機(jī)概述 .10 3.4.2 步進(jìn)電機(jī)的特性 .11 3.5 lcd12864 液晶. .11 3.5.1 lcd12864 液晶屏概述. .11 3.5.2 lcd12864

3、液晶屏的用. .12 3.6 外圍電路設(shè)計(jì)及分析 3.6.1 鍵盤控制電路.17 3.6.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 .18 3.7 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)電路圖 .21 3.8 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物圖 .21 第第 4 4 章章 軟軟件件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) .2323 4.1 程序設(shè)計(jì)思路 .23 4.2 程序流程圖.23 4.2.1 主程序流程圖.23 4.2.2 鍵盤處理子程序流程圖.23 第 5 章 調(diào)試與改進(jìn) .26 5.1 調(diào)試與改進(jìn) .26 5.2 運(yùn)行結(jié)果 .26 第第 6 6 章章 總總結(jié)結(jié)與展望與展望 .2727 參考參考文文獻(xiàn)獻(xiàn) .2 28 8 致致謝謝 .2929 第 1 章 引言 1.11

4、.1 步進(jìn)電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)介紹 步進(jìn)電機(jī)可以對旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動速度進(jìn)行高精度控制。步進(jìn)電機(jī)作為制執(zhí)行元件， 是電氣自動化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。例 如，在儀器儀表，機(jī)床設(shè)備以及計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備中（如打印機(jī)和繪圖儀等），凡需要 對轉(zhuǎn)角進(jìn)行精確控制的情況下，使用步進(jìn)電機(jī)最為理想。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā) 展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)和普通電動機(jī)不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號的控制。步進(jìn)電機(jī)靠一種 叫環(huán)形分配器的電子開關(guān)器件，通過功率放大器使勵磁繞組按照順序輪流接通直流電源。 由于勵磁繞組在空間中按一定的規(guī)律排列，輪流和

5、直流電源接通后，就會在空間形成一 種階躍變化的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子步進(jìn)式的轉(zhuǎn)動，隨著脈沖頻率的增高，轉(zhuǎn)速就會增大。 步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)同時與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān)。 現(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)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī) 和單相式步進(jìn)電機(jī)等。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相 勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?，F(xiàn)階段，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)獲得最多的應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點(diǎn)，步進(jìn)電 機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。不過步進(jìn)電機(jī)在控制的精度、速度變化范圍、低 速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的直流伺服電動機(jī)。在精度不是

6、需要特別高的場合就 可以使用步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和成本低的特點(diǎn)。使用恰 當(dāng)?shù)臅r候，甚至可以和直流伺服電動機(jī)性能相媲美。 步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在數(shù)控機(jī)床的制造中， 因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不需要 a/d 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為 是理想的數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件。早期的步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩比較小，無法滿足需要，在使 用中和液壓扭矩放大器一同組成液壓脈沖馬達(dá)。隨著步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動 機(jī)已經(jīng)能夠單獨(dú)在系統(tǒng)上進(jìn)行使用，成為了不可替代的執(zhí)行元件。比如步進(jìn)電動機(jī)用作 數(shù)控銑床進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電動機(jī)，在這個應(yīng)用中，步進(jìn)電動機(jī)可以

7、同時完成兩個工 作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。步進(jìn)電機(jī)也可以作為數(shù)控蝸桿砂輪磨邊機(jī)同步 系統(tǒng)的驅(qū)動電動機(jī)。除了在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)也可以并用在其他的機(jī)械上， 比如作為自動送料機(jī)中的馬達(dá)，作為通用的軟盤驅(qū)動器的馬達(dá)，也可以應(yīng)用在打印機(jī)和 繪圖儀中。 步進(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的 數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 1.21.2 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能 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)的啟?？刂?（2）步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制 （3）步進(jìn)電機(jī)的加速控制 （4）步進(jìn)電機(jī)的減速控制 第 2 章

8、 方案論證與比較 2.12.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)的選擇 方案一：選擇反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)（vr） 。 采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的 相當(dāng)小，但動態(tài)性能相對較差。 方案二：選擇永磁式步進(jìn)電動機(jī)（pm） 。 轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側(cè)配置齒狀定子。用轉(zhuǎn)子和定子之間的 吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動步的角度一般是 5.625。它的出力大，動態(tài)性能好；但步 距角一般比較大。 方案三：選擇混合步進(jìn)電動機(jī)（hb） 。 這是 pm 和 vr 的復(fù)合產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起 結(jié)構(gòu)。此類電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距

9、角小，出力大，動態(tài)性能好， 是性能較好的一類步進(jìn)電動機(jī)，在計(jì)算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī)。 由于永磁式步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)性能比較好，而且結(jié)構(gòu)相對比較簡單，價格適中，是電 子業(yè)余愛好者中常用的步進(jìn)電機(jī)。故在此選用永磁式步進(jìn)電機(jī)。 2.22.2 單片機(jī)的選擇單片機(jī)的選擇 方案一：選擇 arm7tdmi s3c44box 單片機(jī) s3c44box 單片機(jī)包含 arm7tdmi 處理器。arm7tdmi 處理器是 arm 公司通用的 32 位微 處理器家族的成員之一，是一種高性能、廉價、低功耗的 risc 處理器，同時又具有非常 豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。 方案二：選擇 stc89c52

10、單片機(jī) stc89c52 是一種帶 8k 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（fperom-flash programable and erasable read only memory ）的低電壓，高性能 comos8 的微處理器， 俗稱單片機(jī)。該器件采用 atmel 搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs- 51 指令集和輸出管腳相兼容。stc89c52 功能強(qiáng)大，操作簡便，故在本次試驗(yàn)中采用 stc89c52 作為單片機(jī)。 2.32.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) 方案一：使用多個功率放大器件驅(qū)動電機(jī) 通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大

11、的要求，放大后 能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對四路信號分別進(jìn)行 放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時運(yùn)行起來會不穩(wěn)定，而且 電路的制作也比較復(fù)雜。 方案二：使用 uln2003 八 npn 達(dá)林頓連接晶體管驅(qū)動電機(jī) 簡介：高耐壓、大電流復(fù)合晶體管 iculn2003 ，uln2003 是高耐壓、大電流 復(fù)合晶體管陣列，由七個硅 npn 復(fù)合晶體管組成。 特點(diǎn)： uln2003 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個 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)。uln

12、2003 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)時承受 50v 的電壓，輸出還 可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。所以在本實(shí)驗(yàn)中才用 uln2003 作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路驅(qū)動芯片。 第 3 章 硬件電路設(shè)計(jì) 3.13.1 硬件設(shè)計(jì)思路硬件設(shè)計(jì)思路 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)共分為四個模塊：單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、鍵盤控制模塊、數(shù)碼顯 示模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊。 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由復(fù)位電路和時鐘電路組成。復(fù)位電路為單片機(jī)系統(tǒng)提供可靠 復(fù)位，使單片機(jī)能正常啟動。時鐘電路采用外部時鐘方式，保證單片機(jī)個功能部件都是 以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。 鍵盤控制模塊包括啟動鍵、正轉(zhuǎn)控制鍵

13、、反轉(zhuǎn)控制鍵、加速鍵和減速鍵、停止鍵分 別與單片機(jī)的 p1.0、p1.1、p1.2、p1.3、p1.4、p1.5 相連。實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。 采用 lcd 液晶顯示屏來顯示步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)動速度。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊選用八 npn 達(dá)林頓連接晶體管 2803 為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號，驅(qū) 動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。該模塊與單片機(jī)的 p2.0p2.3 相連。 3.23.2 總體設(shè)計(jì)框圖總體設(shè)計(jì)框圖 總體設(shè)計(jì)框圖如圖 3-1 所示： stc89c52 鍵盤控制模塊 電機(jī)驅(qū)動模塊 步進(jìn)電機(jī) 圖 3-1 總體設(shè)計(jì)框圖 說明如下： (1) 單片機(jī)接受鍵盤信息，改變系統(tǒng)內(nèi)部變量值。 (2) 單片機(jī)輸出脈沖信號，控制步

14、進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。 3.33.3 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng) 3.3.13.3.1 單片機(jī)概述單片機(jī)概述 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著 cmos 化、低功耗、 小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的 主要發(fā)展趨勢。 近年，由于 chmos 技術(shù)的進(jìn)步，大大地促進(jìn)了單片機(jī)的 cmos 化。cmos 芯片除了低 功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。這也是 今后以 80c51 取代 8051 為標(biāo)準(zhǔn) mcu 芯片的原因。因?yàn)閱纹瑱C(jī)芯片多數(shù)是采用 cmos（金 屬柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。cmos 電路的特點(diǎn)是低

15、功耗、高密度、低速度、低價格。 采用雙極型半導(dǎo)體工藝的 ttl 電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水 平的提高，又出現(xiàn)了 hmos（高密度、高速度 mos）和 chmos 工藝。chmos 和 hmos 工藝的 結(jié)合。目前生產(chǎn)的 chmos 電路已達(dá)到 lsttl 的速度，傳輸延遲時間小于 2ns，它的綜合 優(yōu)勢已在于 ttl 電路。因而，在單片機(jī)領(lǐng)域 cmos 正在逐漸取代 ttl 電路。 隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將更小、功能將列 強(qiáng)。在單片機(jī)家族中，8051 系列是其中的佼佼者，加之 intel 公司將其 mcs 51 系列 中的 8051 內(nèi)

16、核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名 ic 制造廠商，如 philips、 nec、atmel、amd、華邦等，這些公司都在保持與 8051 單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上 改善了 8051 的許多特性。這樣，8051 就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種 的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為 8051 系列。8051 單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。專家認(rèn)為，雖 然世界上的 mcu 品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，8051 可能最終形成事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn) mcu 芯片。 單片機(jī)是微型機(jī)的一個主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是把 cpu、存儲器、定時器 和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大

17、規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言， 一塊單片機(jī)芯片就是一臺計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)是通過內(nèi)部總線把計(jì)算機(jī)的各主要部件接為一體，其內(nèi)部總線包括地址總線、 數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時提供地址，cpu 通過 它們將地址輸出到存儲器或 i/o 接口；/數(shù)據(jù)總線的作用是在 cpu 與存儲器或 i/o 接口之 間，或存儲器與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括 cpu 發(fā)出的控制信號線和外部送入 cpu 的應(yīng)答信號線等。 單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個較科學(xué)的分類方法。根據(jù)目前發(fā) 展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家 電型。

18、 由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。 它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域 ，單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。另一方面， 單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。 從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來 實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。 3.3.23.3.2 stc89s52stc89s52 單片機(jī)單片機(jī) stc89c52 是一種帶 8k 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（fperom-flash programable and erasa

19、ble read only memory ）的低電壓，高性能 comos8 的微處理器， 俗稱單片機(jī)。該器件采用 atmel 搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 mcs- 51 指令集和輸出管腳相兼容。 單片機(jī)總控制電路如圖 3-2 所示： 圖 3-2 單片機(jī)總控制電路 (1) 時鐘電路 stc89c52 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 rxd 和 txd 分別是 此放大器的輸入端和輸出端。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。在 rxd 和 txd 引腳上外接定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時元件通常采用石英晶體和電容 組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振蕩頻率可以在

20、 1.212mhz 之間選擇，電容值在 530pf 之 間選擇，電容值的大小可對頻率起微調(diào)的作用。 外部方式的時鐘電路如圖 3-3 所示，rxd 接地，txd 接外部振蕩器。對外部振蕩信號 無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12mhz 的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā) 生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 p1 和 p2，供單片機(jī)使用。rxd 接地，txd 接 外部振蕩器。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12mhz 的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 p1 和 p2，供 單片機(jī)使用。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，

21、一般采用頻率低于 12mhz 的方波信號。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 p1 和 p2，供 單片機(jī)使用。 圖 3-3 外部方式時鐘電路 (2)復(fù)位及復(fù)位電路 復(fù)位操作： 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 pc 初始化為 0000h，使單片機(jī)從 0000h 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操 作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。 復(fù)位信號及其產(chǎn)生： rst 引腳是復(fù)位信號的輸入端。復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù) 24 個振 蕩周期(即二個機(jī)器周期)以上。若使用頗率為 6mhz 的晶振，則復(fù)位信號持續(xù)

22、時間應(yīng)超過 4us 才能完成復(fù)位操作。 整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(rst)送至施密特觸 發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機(jī)器周期的 s5p2 時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣， 然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 復(fù)位操作有上電自動復(fù)位相按鍵手動復(fù)位兩種方式。 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，這佯，只要電源 vcc 的上 升時間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。 按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng) 電阻與 vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 3-4 所示；而按鍵脈沖復(fù)

23、位則是利用 rc 微分 電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的， 圖 3-4 復(fù)位電路 上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6mhz 晶振，能保證復(fù)位信號高電平持續(xù)時間 大于 2 個機(jī)器周期。 stc89c52 具體介紹如下： 主電源引腳（2 根） vcc(pin40)：電源輸入，接5v 電源 gnd(pin20)：接地線 外接晶振引腳（2 根） xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 xtal2(pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 控制引腳（4 根） rst/vpp(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號 psen

24、(pin29)：外部存儲器讀選通信號 ea/vpp(pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如 果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。 可編程輸入/輸出引腳（32 根） 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，每個口 有 8 位（8 根引腳），共 32 根。 po 口（pin39pin32）：8 位雙向 i/o 口線，名稱為 p0.0p0.7 p1 口（pin1pin8）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p1.0p1.7 p2 口（pin21pin28）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p2.0p2

25、.7 p3 口（pin10pin17）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p3.0p3.7 stc89c52 主要功能如表一所示。 表一 stc89c52 主要功能 主要功能特性 兼容 mcs51 指令系統(tǒng)8k 可反復(fù)擦寫 flash rom 32 個雙向 i/o 口256x8bit 內(nèi)部 ram 3 個 16 位可編程定時/計(jì)數(shù)器中斷時鐘頻率 0-24mhz 2 個串行中斷可編程 uart 串行通道 2 個外部中斷源共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 3.43.4 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī) 3.4.13.4.1 步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)概述 步

26、進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件，它實(shí)際上是 一種單相或多相同步電動機(jī)。單相步進(jìn)電動機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動，輸出功率一般很小， 其用途為微小功率驅(qū)動。多相步進(jìn)電動機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動，用途很廣。 使用多相步進(jìn)電動機(jī)時，單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號， 在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電動機(jī)各相繞組。每輸入一個脈沖到脈沖分配器，電動機(jī) 各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度（稱為步距角） 。 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，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負(fù)載變 化的影響。

27、由于步進(jìn)電動機(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。 3.4.23.4.2 步進(jìn)電機(jī)的特性步進(jìn)電機(jī)的特性 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動使用的是脈沖信號，而脈沖是數(shù)字信號，這恰是計(jì)算機(jī)所擅長處理的 數(shù)據(jù)類型。從 20 世紀(jì) 80 年代開始開發(fā)出了專用的 ic 驅(qū)動電路，今天，在打印機(jī)、磁盤 器等的 oa 裝置的位置控制中，步進(jìn)電機(jī)都是不可缺少的組成部分之一?？傮w上說，步進(jìn) 電機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)： (1) 不需要反饋，控制簡單。 (2) 與微機(jī)的連接、速度控制（啟動、停止和反轉(zhuǎn)）及驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)比較簡單。 (3) 沒有角累積誤差。 (4) 停止時也可保持轉(zhuǎn)距。 (5) 沒有轉(zhuǎn)向器等機(jī)械部分，不需要保養(yǎng)，故造價

28、較低。 (6) 即使沒有傳感器，也能精確定位。 (7) 根椐給定的脈沖周期，能夠以任意速度轉(zhuǎn)動。但是，這種電機(jī)也有自身的缺點(diǎn)。 (8) 難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩 (9) 不宜用作高速轉(zhuǎn)動 (10) 在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低。 (11) 超過負(fù)載時會破壞同步，高速工作時會發(fā)出振動和噪聲。 3.53.5 lcd12864lcd12864 液晶屏液晶屏 3.5.1lcd12864 液晶屏概述 lcd12864 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可以顯示漢字及圖形內(nèi)置 8192 個中文漢字（16*16 點(diǎn)陣， 16*8=128,16*4=64，一行只能顯示 8 個漢字，4 行：） 、128 個字符（8*

29、16 點(diǎn)陣）及 64*256 點(diǎn)陣 ram(gdram)。 主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性： 電源：vdd3.3+5v(內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓)； 顯示內(nèi)容：128 列*64 行 顯示顏色：黃綠 lcd 類型：stn 與 muc 接口：8 位或 4 位并行/3 位串行 配置 led 背光 多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。 外形尺寸 1、外形尺寸圖 3.5.2 lcd12864 液晶屏的使用 1、引腳說明： 2、用戶指令： 3、具體指令介紹： （1）清屏指令 （2）位址歸為 （3）位指歸為 （4）顯示狀態(tài) 開/關(guān) 3.53.5 外圍電路設(shè)計(jì)及分析外圍電路設(shè)計(jì)及分析 3.6.13

30、.6.1 鍵盤控制電路鍵盤控制電路 鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù) 單片機(jī)的主要手段。鍵盤實(shí)質(zhì)是一組按鍵開關(guān)的集合。鍵盤所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)， 利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。 一個電壓信號在機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程中，都會產(chǎn)生抖動，一般為 510ms； 兩次抖動之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時間由按鍵動作所決定；第一次抖動前和第二次抖動 后為斷開狀態(tài)。 按鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。通過對輸出電平 的高低狀態(tài)的檢測，便可確認(rèn)按鍵按下與否。在本設(shè)計(jì)中，高電平表示按鍵斷開，低電 平表示按鍵閉合狀體。為了確保單片機(jī)對一次按鍵動作只確認(rèn)一次

31、按鍵，必須消除抖動 的影響。消除按鍵抖動通常采用硬件、軟件兩種方法。由于硬件消抖電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，本 設(shè)計(jì)中沒有采用，在此不再詳細(xì)敘述；軟件消抖適合按鍵較多的情況，方便簡單。其原 理是在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時 10ms 的子程序后在確認(rèn)該鍵電平是否仍 保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下，從而消除了抖動的 影響。其原理圖如圖 3-5 所示： 圖 3-5 鍵盤控制模塊原理圖 3.6.23.6.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的為了高效控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，因此需要將脈沖轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，才能控制步 進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，我們在這里采用 uln2003 為步進(jìn)

32、電機(jī)提供脈沖信號。管腳如圖 3-6 所示： 圖 3-6 內(nèi)部管腳圖 uln2003 內(nèi)部集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅(qū)動繼電器。它是雙 列 16 腳封裝,npn 晶體管矩陣,最大驅(qū)動電壓 =50v,電流=500ma,輸入電壓=5v,適用于 ttl coms,由達(dá)林頓管組成 驅(qū)動電路。 uln 是集成達(dá)林頓管 ic,內(nèi)部還集成了一個消 線圈反電動勢的二極管 ,它的輸出端允許通過電流為 200ma，飽和壓降 vce 約 1v 左 右，耐壓 bvceo 約為 36v。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動繼電器 或固體繼電器，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動uln2003 時，

33、上拉 2k 的電 阻較為合適，同時， com 引腳應(yīng)該懸空或接電源。 uln2003 是一個非門電路，包含 7 個單元，單獨(dú)每個單元驅(qū)動電流最大可達(dá) 350ma，9 腳可以懸空。比如 1 腳輸入，16 腳輸出，你的負(fù)載接在 vcc 與 16 腳之間， 不用 9 腳。 uln2003 是大電流驅(qū)動陣列 ,多用于單片機(jī)、智能儀表、 plc、數(shù)字量輸出卡等控 制電路中。可直接驅(qū)動繼電器等負(fù)載。輸入5vttl 電平，輸出可達(dá) 500ma/50v。 uln2003 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列 ,由七個硅 npn 達(dá)林頓管組成。 該 電路的特點(diǎn)如下 : uln2003 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個 2.7k

34、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。 uln2003 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品 ,具有電流增益高、工作 電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn) ,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。 引腳如圖 3-7 所示： 圖 3-7 uln2003 芯片引腳圖 uln2003 芯片引腳介紹： 引腳 1：cpu 脈沖輸入端，端口對應(yīng)一個信號輸出端。 引腳 2：cpu 脈沖輸入端。 引腳 3：cpu 脈沖輸入端。 引腳 4：cpu 脈沖輸入端。 引腳 5：cpu 脈沖輸入端。 引腳 6：cpu 脈沖輸入端。 引腳 7

35、：cpu 脈沖輸入端。 引腳 8：接地。 引腳 9：該腳是內(nèi)部 7 個續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接 各達(dá)林頓管的集電極。用于感性負(fù)載時，該腳接負(fù)載電源正極，實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用。如果 該腳接地，實(shí)際上就是達(dá)林頓管的集電極對地接通。 引腳 10：脈沖信號輸出端，對應(yīng) 7 腳信號輸入端。 參考接法如圖 3-8 所示： 圖 3-8 參考電路接法 引腳 11：脈沖信號輸出端，對應(yīng) 6 腳信號輸入端。 引腳 12：脈沖信號輸出端，對應(yīng) 5 腳信號輸入端。 引腳 13：脈沖信號輸出端，對應(yīng) 4 腳信號輸入端。 引腳 14：脈沖信號輸出端，對應(yīng) 3 腳信號輸入端。 引腳 15：脈沖信號輸出端，對應(yīng)

36、2 腳信號輸入端。 引腳 16：脈沖信號輸出端，對應(yīng) 1 教信號輸入端。 驅(qū)動電路如圖 3-9 所示： 圖 3-9 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動原理圖 3.73.7 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)電路圖步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)電路圖 通過上述對步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)電路如圖 3- 10 所示： 圖 3-10 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)電路圖 3.83.8 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物圖步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物圖 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) pcb 如圖 3-11 所示： 圖 3-11 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)物圖 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 4.14.1 程序設(shè)計(jì)思路程序設(shè)計(jì)思路 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件需要同時完成讀取鍵盤、處理鍵盤、控

37、制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動等 任務(wù)，這就必須通過查詢技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 在本設(shè)計(jì)中，主程序采用查詢方式掃描鍵盤端口，檢測按鍵動作是否發(fā)生，若有按 鍵動作則處理鍵盤，根據(jù)按鍵實(shí)現(xiàn)鍵盤的實(shí)時處理功能。查詢控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。 4.24.2 程序流程圖程序流程圖 4.2.14.2.1 主程序流程圖主程序流程圖 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的主程序在對整個系統(tǒng)初始化后主要完成讀鍵盤和處理鍵盤的功 能，如圖 4-1 所示： 開始 初始化參數(shù) 讀鍵盤 鍵盤處理 圖 4-1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主程序流程圖 系統(tǒng)上電復(fù)位后，先調(diào)用初始化子程序，對步進(jìn)電機(jī)各端口，相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始化。 初始化完成后，步進(jìn)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，然后循環(huán)掃描按鍵是否被

38、按下。如果檢測到有 按鍵被按下，先軟件去抖動，確定被按下后則執(zhí)行相應(yīng)的子程序，然后返回，繼續(xù)執(zhí)行 主程序。 4.2.24.2.2 鍵盤處理子程序流程圖鍵盤處理子程序流程圖 按鍵處理子程序流程圖如圖 4-2 所示： 開始 查詢按鍵 p1.5 是否按下 p1.0 是否按下 p1.1 是否按下 p1.2 是否按下 p1.3 是否按下 p1.4 是否按下 退出 n n n n n 界面切換 電機(jī)正傳 電機(jī)反轉(zhuǎn) 電機(jī)加速 電機(jī)減速 電機(jī)停止 y y y y y y 圖 4-2 鍵盤處理子程序流程圖 鍵盤處理子程序開始時要從存放實(shí)際鍵值的參數(shù)中取出剛讀取到的鍵值送到累加器 a，依次判斷累加器 a 的低四位

39、。若檢測到低電平，則說明與該位對應(yīng)的按鍵按下，從而 轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序段，完成相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能后返回。若沒有檢測到高 電平，則返回。 第 5 章 調(diào)試與改進(jìn) 5.15.1 調(diào)試與改進(jìn)調(diào)試與改進(jìn) 在系統(tǒng)完成后測試系統(tǒng)，檢查硬件和軟件是否能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行，并對系統(tǒng)出現(xiàn)的情況 進(jìn)行分析，看是否能夠達(dá)到系統(tǒng)創(chuàng)作之初所設(shè)想的效果，如達(dá)不到則重新修改系統(tǒng)的硬 件結(jié)構(gòu)或者修改軟件的程序部分，直到達(dá)到設(shè)計(jì)需要為止。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路為：首先從整體上劃分出各功能模塊，然后硬件和軟件同時進(jìn)行 依次完成各個功能模塊，最后將各個模塊聯(lián)系起來完成整個系統(tǒng)。 在硬件調(diào)試的過程中，遇到了很多問題。主要有： 設(shè)計(jì)好單

40、片機(jī)最小系統(tǒng)后，上電復(fù)位，程序不能正常運(yùn)行，檢查后發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的 31 引腳未接高電平。31 腳為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端，當(dāng)保持低電平時，只訪問外部程 序存儲器，不論是否有內(nèi)部程序存儲器；31 腳保持為高電平時，單片機(jī)優(yōu)先訪問內(nèi)部程 序存儲器，pc 值超出內(nèi)部程序存儲器最大值時才執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。修改電 路板，使單片機(jī) 31 引腳接上高電平后問題解決。 軟件測試的時候也有些問題，主要有： (1) 鍵盤程序段設(shè)計(jì)完成后，調(diào)試運(yùn)行，當(dāng)按下加速鍵后，速度迅速增加到最高轉(zhuǎn) 速，多次調(diào)試問題沒有解決，最后在老師的幫助下，發(fā)現(xiàn)鍵盤觸發(fā)方式為電平觸發(fā)，增 加相應(yīng)程序代碼，將電平觸發(fā)修改為邊沿觸發(fā)，從新運(yùn)行程序，問題得到解決。 (2) 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的程序段完成后，調(diào)試發(fā)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)速度的控制范圍過小， 查閱資料后發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路不太合理，原先的設(shè)計(jì)思路是用主程序控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，采 用延時方式控制步進(jìn)電機(jī)速度，由定時器處理鍵盤；隨即改進(jìn)程序，主程序用來處理鍵 盤，由定時器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動速度由定時器定時時間決定。問題得到 解決，不僅擴(kuò)大了步進(jìn)電機(jī)速度的控制范圍，也使得單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)速度的控制