步進(jìn)電機(jī)控制畢業(yè)論文

1、基于單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)控制摘要隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高。各種精密器件需求增加，這就使得我們對(duì)制造產(chǎn)品的機(jī)器要求越高。而步進(jìn)電機(jī)恰好有運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、高輸出扭矩和控制誤差小的特點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)必將會(huì)在國(guó)民生產(chǎn)起到越來(lái)越大的作用。本文介紹了一個(gè)利用at89s51單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)實(shí)例。該系統(tǒng)可通過(guò)鍵盤(pán)輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。并能對(duì)步進(jìn)電機(jī)的工作方式進(jìn)行設(shè)置，具有交互性的特點(diǎn)。顯示電路能實(shí)時(shí)顯示步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)數(shù)，具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。本文也介紹了單片機(jī)at89s51、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片uln2003、cd4511等器芯片的使用

2、方法和運(yùn)用的場(chǎng)合。文中還提到系統(tǒng)的硬件組成、程序流程圖、程序及說(shuō)明。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；步進(jìn)電機(jī)；控制；顯示the control system of the stepping motor based on microcomputerabstractwith the rapid development of science and technology, social requirements of products is getting higher and higher. increased demand for a variety of sophisticated devices, whic

3、h allows us to manufacture products that require higher machine. the stepper motor has just run a smooth, low noise, fast response, long life, high output torque and control the characteristics of error.stepper motor in the national product will play an increasingly important role.this article descr

4、ibes a single-chip microcomputer to control the use of at89s51 stepper motor examples of the system. the system can be related through the keyboard input data, stepper motor based on these data to carry out the corresponding action. stepper motor is able to set up ways of working with interactive fe

5、atures. display circuit to display real-time operation of stepper motor rotation, with the characteristics of real-time. this paper also introduced the single-chip at89s51, stepper motor driver ic uln2003, cd4511 chip such as the use of methods and the use of the occasion. the article also mentioned

6、 that the hardware component, the program flow chart, procedures and notes.keywords:：single-chip microcomputer ；stepper motor；control；show目 錄1緒論11.1 什么是步進(jìn)電機(jī)11.2 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展11.3 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)用11.4步進(jìn)電機(jī)分類(lèi)11.5設(shè)計(jì)的應(yīng)用及意義22 系統(tǒng)總體方案32.1 系統(tǒng)總體規(guī)劃32.2 單片機(jī)及外圍器件介紹42.2.1 單片機(jī)at89s51介紹42.2.2 bcd-7段鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器cd4511介紹62.2.3 高壓大電流達(dá)林頓晶

7、體管陣列uln2003a介紹72.2.4 三端穩(wěn)壓芯片lm7805介紹92.2.5 四相五線(xiàn)永磁型步進(jìn)電機(jī)m35sp-7np介紹92.2.6 七段數(shù)碼管介紹103 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)123.1系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)123.2硬件電路工作原理123.2.1單片機(jī)控制按鍵說(shuō)明123.2.2硬件原理圖133.3硬件電路組成部分133.3.1 單片機(jī)at89s51的復(fù)位電路133.3.2 時(shí)鐘電路143.3.3 顯示電路143.3.4 驅(qū)動(dòng)電路153.3.5 44鍵盤(pán)電路154 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)164.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖164.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主程序電路流程圖164.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)子主程序電路流程圖174.1.3 系

8、統(tǒng)設(shè)計(jì)44鍵盤(pán)掃描鍵值程序電路流程圖185 系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試195.1 開(kāi)發(fā)軟件簡(jiǎn)介195.2 keil軟件介紹195.3 proteus概述205.4前期仿真調(diào)試215.5硬件調(diào)試216 總結(jié)與展望22附錄23附錄一 程序23附錄二 實(shí)物照片27參考文獻(xiàn)28致謝291緒論1.1 什么是步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)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(hào),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）。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度,從而達(dá)到速的目的。1.2 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)

9、展步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年代由英國(guó)人所開(kāi)發(fā)。1950年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。往后經(jīng)過(guò)不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分解能、高響應(yīng)性、信賴(lài)性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過(guò)程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場(chǎng)合步進(jìn)電機(jī)用得最多。隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)在人們生產(chǎn)和生活中發(fā)揮越來(lái)越打的作用。1.3 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)主要用于一些有定位要求的場(chǎng)合。例如：線(xiàn)切割的工作臺(tái)拖動(dòng)，植毛機(jī)工作臺(tái)（毛孔定位），包裝機(jī)（定長(zhǎng)

10、度）。基本上涉及到定位的場(chǎng)合都用得到。廣泛應(yīng)用于atm機(jī)、噴繪機(jī)、刻字機(jī)、寫(xiě)真機(jī)、噴涂設(shè)備、醫(yī)療儀器及設(shè)備、計(jì)算機(jī)外設(shè)及海量存儲(chǔ)設(shè)備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、機(jī)器人等領(lǐng)域。特別適合要求運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、高輸出扭矩的應(yīng)用場(chǎng)合。步進(jìn)電機(jī)在電腦繡花機(jī)等紡織機(jī)械設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，這類(lèi)步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)是保持轉(zhuǎn)矩不高，頻繁啟動(dòng)反應(yīng)速度快、運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低、運(yùn)行平穩(wěn)、控制性能好、整機(jī)成本低。目前用于電腦繡花機(jī)的步進(jìn)電機(jī)多數(shù)為五相混合式步進(jìn)電機(jī)，目的是通過(guò)采用高相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)減小步矩角和提高控制精度，但是采用該種方式獲得的性能上的提高是有限的而且成本也相對(duì)較高。采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可

11、以大大改善步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，抑制振蕩，降低噪音，提高步矩分辨率。若采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，在性能明顯提高的同時(shí)還能大大降低產(chǎn)品的成本.步進(jìn)電機(jī)還在計(jì)算機(jī)外圍的一些裝置中必不可少，如軟驅(qū)、打印機(jī)、繪圖機(jī)等，在機(jī)器人控制系統(tǒng)中也作為傳動(dòng)的核心使用。1.4步進(jìn)電機(jī)分類(lèi)步進(jìn)電機(jī)按其構(gòu)造可分為三大類(lèi)：可變磁阻式（vr型）：轉(zhuǎn)子以軟鐵加工成齒狀，當(dāng)定子線(xiàn)圈不加激磁電壓時(shí)，保持轉(zhuǎn)矩為零，故其轉(zhuǎn)子慣性小、響應(yīng)性佳，但其容許負(fù)荷慣性并不大。其步進(jìn)角通常為15。永久磁鐵式（pm型）：轉(zhuǎn)子由永久磁鐵構(gòu)成，其磁化方向?yàn)檩椣虼呕瑹o(wú)激磁時(shí)有保持轉(zhuǎn)矩。依轉(zhuǎn)子材質(zhì)區(qū)分，其步進(jìn)角有45、90及7.5、11.25、

12、15、18等幾種?；旌褪剑╤b型）：轉(zhuǎn)子由軸向磁化的磁鐵制成，磁極做成復(fù)極的形式，其乃兼采可變磁阻式步進(jìn)電機(jī)及永久磁鐵式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，精確度高、轉(zhuǎn)矩大、步進(jìn)角度小。目前市場(chǎng)上所使用的工業(yè)用步進(jìn)電機(jī)，以混和式（hb型）最為普遍。步進(jìn)電機(jī)按其相數(shù)分類(lèi)：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。1.5設(shè)計(jì)的應(yīng)用及意義本文設(shè)計(jì)的是主系統(tǒng)利用單片機(jī)（at89s51）控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù)以及控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止、正反轉(zhuǎn)。使得系統(tǒng)達(dá)到對(duì)步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正傳、反轉(zhuǎn)和運(yùn)行距離的控制。通過(guò)本設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)了自己處理實(shí)際問(wèn)題的能力，體會(huì)出理論與實(shí)際的差別。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中體會(huì)過(guò)太多失敗的痛苦和成功后的喜悅。使我們

13、真正與實(shí)際實(shí)物的一次碰撞。為我們更好的走向社會(huì)、適應(yīng)社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。2 系統(tǒng)總體方案本章圍繞系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，介紹系統(tǒng)組成框圖、單片機(jī)及外圍器件介紹。2.1 系統(tǒng)總體規(guī)劃整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成是由兩部分組成。系統(tǒng)主要由鍵盤(pán)控制模塊、led顯示模塊和驅(qū)動(dòng)模塊組成。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主系統(tǒng)確定設(shè)計(jì)要求如下：l 根據(jù)鍵盤(pán)設(shè)定的轉(zhuǎn)數(shù)及旋轉(zhuǎn)方向控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。l 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈顯示器減1，直至電機(jī)停轉(zhuǎn)。l 可通過(guò)指示燈指示步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)向總體規(guī)劃流程如下圖1-1所示，首先根據(jù)課題的要求，需要實(shí)現(xiàn)的功能是單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)出來(lái)的電路圖編寫(xiě)程序流程圖，編寫(xiě)程序并使用keil軟件調(diào)試好程序，再proteus

14、上做個(gè)仿真，仿真成功之后才開(kāi)始選購(gòu)器材，接下來(lái)是焊接電路板，將寫(xiě)好的程序通過(guò)燒寫(xiě)器寫(xiě)入到單片機(jī)中，最后接上電機(jī)完成整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。確定設(shè)計(jì)方案使用protel設(shè)計(jì)電路圖根據(jù)電路圖編寫(xiě)程序流程圖使用keil編寫(xiě)程序調(diào)試proteus仿真生成.hex文件購(gòu)買(mǎi)元件焊制硬件實(shí)物完成設(shè)計(jì)不成功成功不成功成功2.2 單片機(jī)及外圍器件介紹單片機(jī)采用功能較強(qiáng)的型號(hào)at89s51,顯示模塊采用來(lái)兩位bcd-7段鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)?？觳捎酶邏捍箅娏鬟_(dá)林頓陣列uln2003放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。電源模塊采用三端穩(wěn)壓器件7805來(lái)得到穩(wěn)定的工作電壓。2.2.1 單片機(jī)at89s51介紹主要性能l 與mcs-51單片機(jī)產(chǎn)品

15、兼容l 4k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器l 1000次擦寫(xiě)周期l 全靜態(tài)操作：0hz24khzl 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器l 32個(gè)可編程i/o口線(xiàn)l 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器l 6個(gè)中斷源l 可編程串行通道l 低功耗空閑和掉電模式l 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路功能特性描述at89s51是一個(gè)低功耗，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes isp(in-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp fla

16、sh存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的at89s51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。at89s51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k bytes flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（wdt）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，at89s51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存ram的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功

17、能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。cc : 電源gnd: 地p0 口：p0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯電平。對(duì)p0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。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(mén)電流。p1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉

18、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。flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。圖 2-1 at89s51引腳圖p2 口：p2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p2 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr）時(shí)，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如mo

19、vx ri）訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。p3 口：p3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè)ttl 邏輯電平。對(duì)p3 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。p3口亦作為at89s51特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p3口也接收一些控制信號(hào)。引腳號(hào) 第二功能p3.0 rxd（串行輸入）p3.1 txd（串行輸出）p3.2 int0(外部中

20、斷0)p3.3 int0(外部中斷0)p3.4 t0（定時(shí)器0外部輸入）p3.5 t1（定時(shí)器1外部輸入）p3.6 wr(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)p3.7 rd(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通)rst: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，rst腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后，rst 腳輸出96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無(wú)效。disrto默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ale/prog：地址鎖存控制信號(hào)（ale）是訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（prog）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，al

21、e 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為8eh的sfr的第0位置 “1”，ale操作將無(wú)效。這一位置 “1”，ale 僅在執(zhí)行movx 或movc指令時(shí)有效。否則，ale 將被微弱拉高。這個(gè)ale 使能標(biāo)志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。psen：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（psen）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)at89s52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，psen在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，psen將不被激活。ea/

22、vpp：訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000h 到ffffh的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，ea必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應(yīng)該接vcc。在flash編程期間，ea也接收12伏vpp電壓。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。2.2.2 bcd-7段鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器cd4511介紹cd4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 led （數(shù)碼管）顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器。其引腳圖如下所示： 圖2-2 cd4511 引腳圖表2-1 cd 4511的真值表 輸 入輸 出lebilidcbaabcdefg顯示 xx0xxxx11111118

23、x01xxxx0000000消隱 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱 01110110000000消隱 01111000000000消隱 01111010000000消隱 01111100000000消隱 0111111000000消隱 111xxxx鎖 存 鎖存 引腳功能：bi：4腳是消隱輸入控制端

24、，當(dāng)bi=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。lt：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)bi=1，lt=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。le：鎖定控制端，當(dāng)le=0時(shí)，允許譯碼輸出。 le=1時(shí)譯碼器是鎖a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。cd4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。2.2.3 高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列uln2

25、003a介紹概述與特點(diǎn)：uln2003a是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，其引腳圖如圖2-3所示。圖2-3 uln2003a引腳圖圖2-4 uln2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖uln2003 的每一對(duì)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(lái) 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。達(dá)林頓對(duì)管還可并聯(lián)使用以達(dá)到更高的輸出電流能力。uln2003a的輸出結(jié)構(gòu)是集電極開(kāi)路的，所以要在輸出端接一個(gè)上拉電阻，在輸入低電平的時(shí)候

26、輸出才是高電平。在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的時(shí)候，電流是由電源通過(guò)負(fù)載灌入uln2003a的。uln2003的應(yīng)用電路:uln2003的應(yīng)用電路如圖2-5所示。圖2-5 uln2003的應(yīng)用電路2.2.4 三端穩(wěn)壓芯片lm7805介紹lm7805三端穩(wěn)壓器，耗電電流為100ma左右，且輸出+5 v、0.5 a的穩(wěn)定電壓，其外形及管腳分布，如圖2-6所示。圖2-6 lm7805引腳圖lm7805的應(yīng)用電路:圖2-7 7805運(yùn)用電路圖2.2.5 四相五線(xiàn)永磁型步進(jìn)電機(jī)m35sp-7np介紹m35sp-7np是四相五線(xiàn)永磁型步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角為7.5度。電機(jī)共有四組線(xiàn)圈，四組線(xiàn)圈的一個(gè)端點(diǎn)連在一起

27、引出，一根為電源引出線(xiàn)，這樣一共有5根引出線(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2-8所示。圖2-8 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2.6 七段數(shù)碼管介紹本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用共陰數(shù)碼管，七段數(shù)碼管規(guī)格及造型如下圖2-9所示。圖 2-9 七段數(shù)碼管規(guī)格及造型圖七段數(shù)碼管引腳圖如下圖2-10所示。圖 2-10 七段數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管使用：l 使用電流：靜態(tài)：總電流 80ma（每段 10ma）；動(dòng)態(tài)：平均電流 4-5ma峰值電流100 ma。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主系統(tǒng)采用以at89s51單片機(jī)為核心芯片的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，主要由at89s51芯片、晶振電路、驅(qū)動(dòng)電路(uln2003)、44鍵盤(pán)電路和顯示電路

28、所組成。系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖3-1所示。電源模塊at89s51單片機(jī)44鍵盤(pán)電路驅(qū)動(dòng)輸出電路晶振電路led顯示部分圖3-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2硬件電路工作原理3.2.1單片機(jī)控制按鍵說(shuō)明由單片機(jī)at89s51作為主機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，其通過(guò)各引腳與各模塊部件對(duì)應(yīng)引腳相連，如表3-1單片機(jī)各引腳與各個(gè)器件引腳連接情況對(duì)應(yīng)表所示，實(shí)現(xiàn)與各個(gè)模塊進(jìn)行通信。表3-1 單片機(jī)各引腳與各個(gè)器件引腳連接情況對(duì)應(yīng)表單片機(jī)引腳器件引腳單片機(jī)的引腳器件引腳p1.0按鍵p2.0uln2003輸入腳1p1.1按鍵p2.1uln2003輸入腳2p1.2按鍵p2.2uln2003輸入腳3p1.4按鍵p2.3ul

29、n2003輸入腳4p1.5按鍵p3口led顯示p1.6按鍵p1.7按鍵p1.8按鍵3.2.2硬件原理圖圖3-2 硬件原理圖3.3硬件電路組成部分3.3.1 單片機(jī)at89s51的復(fù)位電路單片機(jī)的工作就是從復(fù)位開(kāi)始的。8051的復(fù)位引腳（rst）是第9腳，當(dāng)此引腳連接高電平超過(guò)2個(gè)機(jī)器周期，即可產(chǎn)生復(fù)位的動(dòng)作。當(dāng)在89s52單片機(jī)引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用上電與按鍵均有效的復(fù)位。電路圖如圖3-3圖3-3 單片機(jī)復(fù)位電路3.3.2 時(shí)鐘電路at89s51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的

30、高增益反相放大器，引腳xtal1和xtal2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體一起構(gòu)成自激振蕩器，內(nèi)部振蕩電路參見(jiàn)圖3-4外接石英晶體及電容c接在放大器的反饋回路中并聯(lián)震蕩電路。對(duì)外接地電容容量選用22pf22pf。時(shí)鐘電路由at89s51的18，19腳的時(shí)鐘端(xtal1及xtal2)以及12 mhz晶振x1、2個(gè)電容c組成，采用片內(nèi)振蕩方式。圖3-4 內(nèi)部振蕩電路3.3.3 顯示電路硬件顯示電路如下圖3-5所示：圖3-5 cd4511顯示電路3.3.4 驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)使用了uln2003高壓大電流達(dá)林頓晶體管作為驅(qū)動(dòng)，本設(shè)計(jì)中用到了四相五線(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)m

31、35sp-7np,。測(cè)量得，一引腳和所有針腳的電阻是30歐，其余兩兩之間是60歐。這個(gè)引腳接十二伏電壓和uln2003的com端，其余的四根線(xiàn)分別接到uln2003的四個(gè)輸出端子。接線(xiàn)如圖3-6所示驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示：圖3-6 uln2003驅(qū)動(dòng)電路3.3.5 44鍵盤(pán)電路44鍵盤(pán)電路如下圖3-7所示：圖3-7 44鍵盤(pán)電路4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖4.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主程序電路流程圖 開(kāi)始程序初始化調(diào)用子程序顯示程序返回圖4-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主程序流程圖4.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)子主程序電路流程圖調(diào)用鍵盤(pán)掃描程序是方向鍵嗎？是啟動(dòng)鍵嗎？是復(fù)位鍵嗎？判斷鍵值是大于10？轉(zhuǎn)換正反轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行是否完

32、成設(shè)定轉(zhuǎn)數(shù)？轉(zhuǎn)數(shù)減1顯示轉(zhuǎn)速開(kāi)始顯示轉(zhuǎn)速值返回是否是否否否是否是4.1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)44鍵盤(pán)掃描鍵值程序電路流程圖開(kāi)始逐列掃描有鍵按下？保存列號(hào)逐行掃描保存行號(hào)根據(jù)行號(hào)和列號(hào)計(jì)算鍵值保存鍵值返回是否3.2.1程序說(shuō)明根據(jù)程序流程圖編寫(xiě)程序如附錄，現(xiàn)對(duì)程序說(shuō)明如下：利用單片機(jī)線(xiàn)反轉(zhuǎn)法，掃描44鍵盤(pán)查出按鍵的鍵值，再利用延遲程序來(lái)控制其輸出脈沖的頻率，從而調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。通過(guò)查詢(xún)表格來(lái)輸出不同的脈沖信號(hào)，使電機(jī)能按一定的方向轉(zhuǎn)起來(lái)。5 系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)at89s51做為控制器，通過(guò)編譯軟件keil c51對(duì)源程序進(jìn)行編譯以生成hex，并與仿真軟件proteus聯(lián)調(diào)，讓單片機(jī)程序控

33、制協(xié)調(diào)各個(gè)功能模塊工作。5.1 開(kāi)發(fā)軟件簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要用到仿真軟件proteus和c51編譯器keil這兩個(gè)開(kāi)發(fā)軟件，其中仿真軟件proteus的能在不搭建真實(shí)的硬件電路板只用proteus就可以模擬出來(lái)了，而keil c51能很好的編譯單片機(jī)程序，并且在keil里面方便的調(diào)試單片機(jī)的程序。并且仿真軟件proteus和和c51編譯器keil這兩個(gè)開(kāi)發(fā)軟件的聯(lián)調(diào)，把keil編好的程序下載到proteus搭建好電路的項(xiàng)目中.運(yùn)行proteus就可以看到運(yùn)行效果. 從而實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)開(kāi)發(fā)軟件的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，大大加快整個(gè)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)速度。5.2 keil軟件介紹keil 是美國(guó)keil公司的c51編

34、譯器，它被嵌入到了keil uvision集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中。keil是目前最常用的編譯器，支持浮點(diǎn)等到類(lèi)型，支持多維數(shù)組，能生成對(duì)應(yīng)的匯編代碼，能直接編譯匯編代碼程序和內(nèi)嵌多種工具，可以方便的鏈接，生成可執(zhí)行文件。keil uvision 3 ide 是keil software 公司的產(chǎn)品，它集項(xiàng)目管理、編譯工具、代碼編寫(xiě)工具、代碼調(diào)試以及完全仿真于一體，適合個(gè)人開(kāi)發(fā)或人數(shù)少、對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程的管理還不成熟的開(kāi)發(fā)團(tuán)體。這一功能強(qiáng)大的軟件提供簡(jiǎn)易的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以讓開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)過(guò)程中集中精力于項(xiàng)目本身，加快開(kāi)發(fā)速度。uvision3的界面如圖5-1。圖5-1 uvision3的界面keil c51軟件提

35、供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全windows界面，如圖13所。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到keil c51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。5.3 proteus概述proteus軟件是來(lái)自英國(guó)labcenter electronics公司的eda工具軟件。 proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它eda工具一樣的原理布圖、pcb自動(dòng)或人工布線(xiàn)及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動(dòng)的，針對(duì)微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬

36、原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級(jí)的實(shí)時(shí)調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到運(yùn)行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等。proteus組合了高級(jí)原理布圖、混合模式spice仿真,pcb設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。proteus 產(chǎn)品系列也包含了革命性的vsm技術(shù),用戶(hù)可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周?chē)娮悠骷黄鸱抡?。用?hù)甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如led/lcd、鍵盤(pán)、rs232終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。其功能模塊：個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的isis原理布圖工具；prospice混合模型spice仿真； ares pcb設(shè)計(jì)。prospice 仿真器的一個(gè)擴(kuò)

37、展proteus vsm:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計(jì)的協(xié)同仿真。此外，還可以結(jié)合微控制器軟件使用動(dòng)態(tài)的鍵盤(pán)，開(kāi)關(guān)，按鈕，leds甚至lcd顯示cpu模型。其啟動(dòng)界面和工作界面如圖5-2所示。圖5-2 proteus工作界面proteus的特點(diǎn)主要有：（1）支持許多通用的微控制器，如pic,avr,hc11以及8051； （2）交互的裝置模型包括：led和lcd顯示,rs232終端,通用鍵盤(pán)；（3）強(qiáng)大的調(diào)試工具；包括寄存器和存儲(chǔ)器,斷點(diǎn)和單步模式；（4）iar c-spy 和keil uvision2等開(kāi)發(fā)工具的源層調(diào)試；（5）應(yīng)用特殊模型的dll界面-提供有關(guān)元件庫(kù)的全部文件。

38、5.4前期仿真調(diào)試使用keil 軟件工具時(shí)，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程和其它軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的流程極其相似。用它來(lái)完成一個(gè)工程的步驟簡(jiǎn)要描述如下：（1） 創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目，從器件庫(kù)中選擇目標(biāo)器件，配置工具設(shè)置。 （2） 用匯編語(yǔ)言創(chuàng)建源程序。 （3） 用項(xiàng)目管理器生成應(yīng)用。 （4） 修改源程序中的錯(cuò)誤。 （5） 測(cè)試，生成.hex文件，連接應(yīng)用。然后使用protues仿真軟件排查程序和硬件問(wèn)題。調(diào)試完畢即可檢查硬件焊接電路。5.5硬件調(diào)試仿真完全實(shí)現(xiàn)其所需的功能以后，并在接入電源之前，用萬(wàn)用表對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行檢查，查看是否在聯(lián)線(xiàn)過(guò)程中是否出現(xiàn)問(wèn)題。檢查硬件電路內(nèi)容入下所示：l 檢查線(xiàn)路的焊接問(wèn)題。l 檢查電路是否有沒(méi)

39、接的線(xiàn)路。l 各種外圍器件有沒(méi)接錯(cuò)。在接上電源以后看芯片是否都是在正常工作電壓下工作，其它器件是否正常工作等。6 總結(jié)與展望本文介紹了單片機(jī)的使用與設(shè)計(jì)方法，其中涉及硬件和軟件兩部分。在設(shè)計(jì)中，碰到的問(wèn)題比較多。主要的問(wèn)題有：(一) 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的選擇是比較困難的，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)型號(hào)多種多樣，生產(chǎn)廠家也有很多，還必須結(jié)合實(shí)際條件，買(mǎi)到適合自己的步進(jìn)電機(jī)電機(jī)。(二) 電源的使用電源在一個(gè)設(shè)計(jì)中起著重要的作用。他關(guān)系到電路能不能正常工作，但在實(shí)際使用中會(huì)出現(xiàn)負(fù)載下電壓降的問(wèn)題，當(dāng)然還會(huì)有各種干擾。我覺(jué)得這個(gè)問(wèn)題是運(yùn)用實(shí)際中最重要的問(wèn)題。(三) 44鍵盤(pán)問(wèn)題本設(shè)計(jì)中其碰到的比較大的問(wèn)

40、題就是44鍵盤(pán)，因?yàn)樗诶碚摲抡嬷袥](méi)有任何問(wèn)題。但等到實(shí)物做出來(lái)后就發(fā)現(xiàn)實(shí)物實(shí)現(xiàn)不了其功能。(四) 元器件本身問(wèn)題本設(shè)計(jì)中就碰到某些單片機(jī)at89系列的p0口不能正常輸出，導(dǎo)致一些功能實(shí)現(xiàn)不了?？傊?，上面所出現(xiàn)的問(wèn)題，都是理論與實(shí)際事物之間的差別。未來(lái)有了這些寶貴的失敗經(jīng)驗(yàn)就更能在知識(shí)不斷創(chuàng)新的今天得到更多的收獲?；仡欉^(guò)去，展望未來(lái)，我們更應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)著，不斷的準(zhǔn)備著，把自己的知識(shí)更好的運(yùn)用與實(shí)踐中。附錄附錄一 程序line equ 22h；定義列號(hào)值row equ 23h;定義行號(hào)值 org 00hstart:mov line,#00h mov row,#00hmov 30h,#00hmo

41、v 31h,#00hmov 32h,#00h；初始化顯示及鍵盤(pán)mov 21h,#00h；定義一個(gè)正傳指針是00hmov 20h,#00hmov p0,#00h;p0口清0 mov p2,#0ffhsetb p3.0；p3.0置一;主程序x1:lcall m1;主程序mov a,20hxch a,30hxch a,31hmov a,31hswap amov 31h,aorl a,30hmov 32h,amov p0,aljmp x1;調(diào)用程序ccw:cpl p3.0 jb p3.0,forrev:mov 21h,#05hajmp x1for:mov 21h,#00hajmp x1set0:mov

42、 a,32hcjne a,#00h,setxajmp x1setx:mov r3,#48set1:mov r0,21hset2:mov a,r0mov dptr,#table1movc a,a+dptrcjne a,#00h,set3;判斷a是否等于0？jmp set1set3:cpl ainc r0mov p2,aacall delaylcall lscanmov a,20hxrl a,#0ahjnz s1s2:djnz r3,set2mov a,30hcjne a,#00h,b1mov a,31hcjne a,#00h,b2ljmp starts1:mov a,20hxrl a,#0dhj

43、z stop ljmp s2stop:mov p2,#0ffh ljmp x1b1:dec 30h;改變輸出顯示的數(shù)值 sjmp b3b2:mov 30h,#09hdec 31hsjmp b3b3:mov a,31hswap aorl a,30hmov 32h,amov p0,aajmp setxdelay:mov r7,#100d1:mov r6,#248djnz r6,$djnz r7,d1retdelay10:mov r7,#40 d2:mov r6,#248djnz r6,$djnz r7,d2rettable1:db 03h,09h,0ch,06hdb 00hdb 03h,06h,0ch,09h db 00h ;掃描子程序lscan: mov p1,#0fhl1: jnb p1.7,l2 lcall delay10jnb p1.7,l2mo