單片機(jī)課程設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)停止正反轉(zhuǎn)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告步進(jìn)電機(jī)控制設(shè)計(jì) 姓名： 黃盛海 201030480108 詹志勛 201030480125 鄭榕生 201030480128 班級(jí)： 10車(chē)輛工程1班 指導(dǎo)老師： 李震 姜晟 日期： 2012.6.186.20 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院摘要：步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，它的的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。本次課程設(shè)計(jì)主要采用at89s52芯片，用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)出電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止程序，通過(guò)單片機(jī)、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片uln2003以及相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)以上功能，并且步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)要用相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示出來(lái)。

2、控制系統(tǒng)主要由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。其中，硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)的最小系統(tǒng)模塊、電源模塊、控制模塊、步進(jìn)電機(jī)uln2003a驅(qū)動(dòng)模塊、彩燈顯示模塊5個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)。并且通過(guò)仿真控制系統(tǒng)對(duì)硬件、軟件進(jìn)行了調(diào)試和改善，實(shí)現(xiàn)了上述功能。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：步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī) 電脈沖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 匯編語(yǔ)言 目錄1、課程設(shè)計(jì)目的及要求42、整體系統(tǒng)分析43、硬件系統(tǒng)分析64、軟件系統(tǒng)分析105、調(diào)試結(jié)果106、結(jié)論117、參考文獻(xiàn)12附一：源程序121. 課程設(shè)計(jì)目的及要求1.1 課程設(shè)計(jì)目的增進(jìn)對(duì)單片機(jī)的感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)單片機(jī)理論方面的理解；掌握單片機(jī)的內(nèi)部功能模塊的應(yīng)用

3、，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷、存貯器、i/o口、a/d轉(zhuǎn)換等；了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)方法。1.2 課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制器，要求用多個(gè)按鍵控制電機(jī)的啟動(dòng)/停止、加速、減速、反轉(zhuǎn)等控制功能；用彩燈顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，如加速就控制彩燈快速閃爍，減速則控制彩燈慢速閃爍等。2. 整體系統(tǒng)分析2.1步進(jìn)電機(jī)控制工作原理步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字角度轉(zhuǎn)換器，也是一個(gè)串行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。步進(jìn)電機(jī)的基本控制包括啟?？刂啤⑥D(zhuǎn)向控制、速度控制、換向控制4 個(gè)方面。從結(jié)構(gòu)上看 ,步進(jìn)電機(jī)分為三相、四相、五相等類(lèi)型 ,本次設(shè)計(jì)的是四相電機(jī)。四相步進(jìn)電機(jī)的工作方式有單四拍、雙四拍和單雙八拍3

4、種 。28byj-48步進(jìn)電機(jī)：2.1.1步進(jìn)電機(jī)的啟停控制步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感 ,即振動(dòng)感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑 ,減小振動(dòng) ,可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波 ,可以減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角 ,提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí) ,為了防止因慣性而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑 ,則需采用合適的鎖定波形 ,產(chǎn)生鎖定磁力矩 ,鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸 ,使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.1.2步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制如果給定工作方式正序換相通電 ,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。若步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為單四拍，即 a -b c - d。如果按反序通電換相，即則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。2.1.3步進(jìn)電機(jī)的速度控

5、制如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖 ,它就轉(zhuǎn)一步 ,再發(fā)一個(gè)脈沖 ,它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。2 個(gè)脈沖的間隔越短 ,步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率 ,就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 我們本次設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要有單片機(jī)89s52、uln2003a步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、四相永磁式步進(jìn)電機(jī)、led顯示管及其其他相關(guān)元件組成?？梢酝ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制系統(tǒng)的啟/停工作，并通過(guò)led顯示管的工作狀態(tài)顯示步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)和前進(jìn)、后退的狀態(tài)。其總體設(shè)計(jì)框圖1所示：3. 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1主要元件簡(jiǎn)介3.1.1 at89s52單片機(jī)at89s52是一種低功耗、高性能cmos 8位微控制器，具有8

6、k系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器。at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram,32位i/o口線，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。圖2. at89s52引腳圖3.2模塊分析3.2.1 時(shí)鐘晶振電路時(shí)鐘電路是整個(gè)系統(tǒng)的心臟，控制著步進(jìn)電機(jī)工作節(jié)奏。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。 圖4中的外接晶體以及電容c2和c1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30pf左右，晶振頻率選12mhz。 圖4 時(shí)鐘

7、電路3.2.2 復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在正常運(yùn)行情況下，只要rst引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果rst引腳上持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位操作有兩種情況，即上電復(fù)位和手動(dòng)(開(kāi)關(guān))復(fù)位。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式。圖5 復(fù)位電路3.2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路本設(shè)計(jì)采用uln2003a芯片。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)。其中1b、2b、3b、4b分別與p0.0、p0.1、p0.2、p0.3相接圖6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

8、電路3.2.4 顯示電路由于系統(tǒng)顯示的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，所以顯示選用發(fā)光二級(jí)管既方便又經(jīng)濟(jì)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始工作的時(shí)候，發(fā)光二極管發(fā)光；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)不工作時(shí)，發(fā)光二極管不發(fā)光；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)加速運(yùn)行時(shí)，發(fā)光二級(jí)管快速閃爍；當(dāng)步進(jìn)電減速運(yùn)行時(shí)，發(fā)光二極管減速閃爍。圖7 顯示電路3.2.5 系統(tǒng)總電路綜合以上各模塊，可得到總電路圖： 圖8 電路總體仿真圖4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序編寫(xiě)程序流程圖：（源程序見(jiàn)附錄）開(kāi)始分配地址空間 電機(jī)停轉(zhuǎn)狀態(tài)設(shè)置t0，t1工作方式，t0,t1置初值開(kāi)中斷啟動(dòng)t0調(diào)用鍵盤(pán)程序有鍵按下中斷等待否定時(shí)時(shí)間到鍵盤(pán)處理程序是 停止t1否t0中斷入口起、停標(biāo)志位0 是啟動(dòng)t1顯示程序定時(shí)時(shí)間到中斷

9、返回t1中斷入口電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序中斷返回 5.調(diào)試結(jié)果 連接并檢查完基本線路后，我們將程序燒寫(xiě)到芯片上，但是開(kāi)始我們?cè)O(shè)計(jì)的程序卻燒寫(xiě)不上，我們以為是我們的開(kāi)發(fā)板出現(xiàn)了問(wèn)題，但檢查后開(kāi)發(fā)板沒(méi)問(wèn)題，之后才知道我們用的芯片燒寫(xiě)器不行，換了個(gè)燒寫(xiě)器后程序便能夠正確燒寫(xiě)進(jìn)去了。然后就按下各個(gè)開(kāi)關(guān)按鍵進(jìn)行測(cè)試，最后電機(jī)和顯示器都基本上按照設(shè)計(jì)要求工作了。6.總結(jié)本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)可謂是困難重重，在設(shè)計(jì)制作的過(guò)程中確實(shí)遇到了很多問(wèn)題，但是通過(guò)我們組員的共同努力最終得到了解決了。其中最大的一個(gè)問(wèn)題就是軟件程序的編寫(xiě)，在我們確定設(shè)計(jì)方案后，就開(kāi)始用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序了，在我們開(kāi)始自己編寫(xiě)之前，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查閱了一些相關(guān)的

10、資料，也參考了一些其他成功的程序。但在我們編好之后，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試的時(shí)候，總是不成功，不是電源通不上電，就是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)不受控制，不能實(shí)現(xiàn)加速、減速、正反轉(zhuǎn)等問(wèn)題，于是就對(duì)程序進(jìn)行一次又一次的修改，但最終還是沒(méi)有成功，可能是由于我們是學(xué)機(jī)械專(zhuān)業(yè)的，對(duì)編程序這些電子類(lèi)的知識(shí)有所欠缺，在實(shí)際操作起來(lái)確實(shí)有些難度。最后，我們只好向電信專(zhuān)業(yè)的同學(xué)尋求指導(dǎo)幫助。通過(guò)虛心請(qǐng)教之后，我們的問(wèn)題得到了解決，同時(shí)通過(guò)交流也學(xué)到了很多。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們深深體會(huì)到了理論知識(shí)學(xué)習(xí)的重要性，如果沒(méi)有扎實(shí)的理論知識(shí)作為奠基，那么在今后的實(shí)踐運(yùn)用中就像是無(wú)頭之蠅，沒(méi)有一點(diǎn)頭緒，不知從何入手，最終只能求助于他人

11、，被動(dòng)地進(jìn)行工作。不管對(duì)以后的工作還是學(xué)習(xí)都起不到積極的促進(jìn)作用。在本次課程設(shè)計(jì)活動(dòng)中，我們團(tuán)隊(duì)也體會(huì)到了分工協(xié)作的重要性，黃盛海、鄭榕生主要負(fù)責(zé)寫(xiě)程序、調(diào)試，詹志勛負(fù)責(zé)撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告，每個(gè)組員分工明確，遇到個(gè)人難以解決的問(wèn)題就一起商量討論，極大的提高了工作效率。這點(diǎn)是值得我們?cè)诮窈蟮墓ぷ骱蛯W(xué)習(xí)中好好運(yùn)用的。7.參考文獻(xiàn)1. 王衛(wèi)星，鄧小玲，代芬等.單片機(jī)原理與應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù).中國(guó)水利水電出版社.2009. 附一：源程序org 00hstart: mov dptr , #tab1 mov r0, #03h mov r1 , #4h mov r4, #00h mov p0, #03hwait: mo

12、v p0, r0 mov p0, #0ffh jnb p3.4,tiz ;p3.4有停止鍵按下時(shí)，跳到停止子程序 jnb p3.0,zheng ;p3.0有啟動(dòng)正轉(zhuǎn)鍵按下時(shí)，跳到停止子程序 jnb p3.1,fan sjmp waitzheng : ;正轉(zhuǎn)子程序mov a,r4 movc a,a+dptr acall delay inc r4 ajmp keyfan: ;反轉(zhuǎn)子程序mov r4,#6 mov a,r4 movc a,a+dptr mov p3,a ; acall delay ajmp keykey: mov p3,#0ffh ;key檢測(cè)，賦初值 jb p3.4,zz1 ajm

13、p tiztiz: mov p0,#00h ;停止子程序 ajmp keyzz1: jb p3.0,fz1 ;正轉(zhuǎn)按鍵檢測(cè)，有鍵按下轉(zhuǎn)到fzi cjne r4,#8,loopz;循環(huán)次數(shù)是否為8，為8則清0 mov r4,#0loopz: mov a,r4 ;讀電機(jī)狀態(tài)顯示 movc a,a+dptr mov p0,a ;賦給p0，顯示1為正轉(zhuǎn)，2為反轉(zhuǎn)，3為加速，4為減速 setb p1.1 ;賦高電平，關(guān)閉反向狀態(tài)燈 cpl p1.0 ;開(kāi)正轉(zhuǎn)狀態(tài)燈 jnb p3.2,jiasuz ;加速子程序 jnb p3.3,jiansuz ;減速子程序 acall delay inc r4 ajmp

14、 keyfz1: jb p3.1,key cjne r4,#255,loopf mov r4,#8loopf: dec r4 mov a,r4 movc a,a+dptr ;讀脈沖 mov p0,a ;給步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖 setb p1.0 cpl p1.1 jnb p3.2,jiasuf ;加速按鍵檢測(cè) jnb p3.3,jiansuf ;減速按鍵檢測(cè) acall delay ajmp key ;跳轉(zhuǎn)到key檢測(cè)子程序delay:mov a,r1 ;延時(shí)子程序 mov r6,adelay2:mov r5,#6hdd2:mov r7,#0dd3:djnz r7,dd3djnz r5,dd2 djnz r6,delay2ret delay1: mov r6,#20hdd4: mov r5,#02hdd5: mov r7,#0dd6: djnz r7,dd6 djnz r5,dd5 djnz r6,dd4 retjiasuz: ;加速的按鍵檢測(cè)acall delay1cjne r1,#02,l1jmp l2l1: dec r1l2: jmp loopzjiansuz: ;減速的按鍵檢測(cè)acall delay1 cjne r1,#08h,l3 jmp