基于單片機(jī)AT89S52控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)

1、目錄步進(jìn)電機(jī) 7附件 A 源程序 .12附件 B 仿真結(jié)果 15致謝18摘要能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制的方式有多種，可以采用前期的模擬電路、數(shù)字電路或模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的方式。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入 同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。本文介紹一種用AT89S52作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號產(chǎn)生的單片機(jī)技術(shù)和匯編語言編程設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī) 背景與現(xiàn)狀、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計及其仿真都做了詳細(xì)的介紹，使我們不僅對步進(jìn)電 機(jī)的原理有了深入的了解，也對單片機(jī)的設(shè)計研發(fā)過程有了更加深刻的體會。本控制 系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，通過人為按動開關(guān)實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的開關(guān)，復(fù)位。該系統(tǒng)

2、還增加 了步進(jìn)電機(jī)的加速及減速功能。具有靈活方便、適用范圍廣的特點，基本能夠滿足實 踐需求。關(guān)鍵詞：AT89S52 步進(jìn)電機(jī) ULN2003第一章系統(tǒng)分析框圖設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)要求畫出基于AT89S52單片機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)的控制框圖如圖2-1所示圖2-1基于AT89C52單片機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)的控制框圖系統(tǒng)主要包括單片機(jī)、復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動電路幾部分晶振電路AT89C52單片機(jī)有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。晶振模塊自帶振蕩器、提供低阻方波輸出，并且能夠在一定條件下保證運(yùn)

3、行。最 常用的兩種類型是晶振模塊和集成 RC振蕩器（硅振蕩器）。晶振模塊提供與分立晶振 相同的精度。硅振蕩器的精度要比分立 RC振蕩器高，多數(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振 槽路相當(dāng)?shù)木?。圖2-2為晶振電路。圖2-2晶振電路第二章系統(tǒng)設(shè)計硬件連接圖根據(jù)圖2-1,可以設(shè)計出單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的硬件電路圖，如圖3-1所示AFAL1FsenFC 3iAEDPU訃粉 Ft祁M Ml 3lfW ffi W仍 FH呻口P2LmtiKt 1U 円鐘id 氏3削1 円出AU RZAD nwM F-S TJAI5pijXCP? GHOin jn-raexra irr.3DPl 5P3還帀pi j陽出EPISjPSJ

4、T1厚lbM BiW:Fl JF-有圖3-1硬件連接圖按鍵功能按鍵采用3個功能鍵，K1、K2和K3按鍵開關(guān)分別接在單片機(jī)的引腳上，用來 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，作為控制信號的輸入端鍵。按K1時，步進(jìn)電機(jī)正傳；按K2時， 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；按K3時，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。單片機(jī)At89C52是一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令 和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。At89C52主要技術(shù)參數(shù)如下：與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Fla

5、sh存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0HZ33MHz三級加密程序存儲器32個可編程I/O 口線三個16位定時器/計數(shù)器JI蘢1曲 4PTl ftArsA賈TJL2pa軸陽P05D6HsrpanaD*1944g-29n說_P2卩E曰！吃醐1ALEF2.7JA15：0:d.*J_J_4Fl.OrtZFSLUfWDPl 忖 QP12FS.&INTO円 3P3,3ilNT1円耳FmmnP1j5P3 iT1P1J&F肚麗P175a打曲總TEXT圖 2-2 At89C52 引腳圖圖 2-3ULN2003驅(qū)動電路單片機(jī)的輸出電流太小，不能直接與步進(jìn)電機(jī)相連，需要增加驅(qū)動電路。對于電 流小于0.5A的步進(jìn)

6、電機(jī)，可以采用 ULN2003類的驅(qū)動IC。ULN2003技術(shù)參數(shù)如下所示。最大輸出電壓：50V o最大連續(xù)輸出電流：0.5A o最大連續(xù)輸入電流：25mA o功耗：1W o如圖2-4所示為2001/2002/2003/2004系列驅(qū)動器引腳圖，圖 3-3左側(cè)17引腳為 輸入端，接單片機(jī)P1 口的輸出端，引腳8接地；右側(cè)1016引腳為輸出端，接步進(jìn)電 機(jī)，弓I腳9接電源+5V，該驅(qū)動器可提供最高0.5A的電流。ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個的基極電阻，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

7、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。ULN2003采用DIP 16或SO 16塑料封裝。方框圖方框圖uwrwi!4 ? IL - * |! j mrdi；. J 亠 4 4封裝外形圖ULN2003內(nèi)部還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

8、為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上 參數(shù)估算。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，上拉2K的電阻較為合適，同時，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。作用：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?？芍苯域?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

9、頓陳列，由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點如下：ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMO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，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。1 tc-&-匚*3111 * i jrojDll I / COM)MbRnULN2003芯片引腳介紹引腳1引腳2引腳3引腳4引腳5引腳6引腳7引腳8引腳9續(xù)流作用。如果該腳接地 引腳10 :脈沖信號輸出端，對應(yīng) 引腳11 :脈沖信號輸出端，對應(yīng)

10、 引腳12 :脈沖信號輸出端，對應(yīng) 引腳13 :脈沖信號輸出端，對應(yīng) 引腳14 :脈沖信號輸出端，對應(yīng) 引腳15 :脈沖信號輸出端，對應(yīng) 引腳16 :脈沖信號輸出端，對應(yīng) 參考電路接法如圖 2-4-2圖2-4-1ULN2003芯片引腳圖CPU脈沖輸入端，端口對應(yīng)一個信號輸出端。CPU脈沖輸入端。CPU脈沖輸入端。CPU脈沖輸入端。CPU脈沖輸入端。CPU脈沖輸入端。CPU脈沖輸入端。接地。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，實現(xiàn),實際上就是達(dá)林頓管的集電極對地接通 7腳信號輸入端。6腳信號輸入端。5腳信號輸入端。4腳

11、信號輸入端。3腳信號輸入端。2腳信號輸入端。1腳信號輸入端。圖2-4-2參考電路接法步進(jìn)電機(jī)2.5.1步進(jìn)電機(jī)的特點：1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3-5%，且不累積。2）步進(jìn)電機(jī)外表允許的溫度高。步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁， 從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 130度以上，有 的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。3）步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)各相繞組的電 感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作

12、用下，電機(jī)隨 頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4）步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。步 進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動 的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。 在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng) 該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻 （電機(jī)轉(zhuǎn) 速從低速升到高速）。2.5.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理：步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī)，其機(jī)械 位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個數(shù)和脈

13、沖頻率成正比，每一個脈沖信號可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個固定的角度.脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定了 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度.當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向 轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控 制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。本次設(shè)計采用的電機(jī) STEPPER-MOT型號步進(jìn)電機(jī)，如圖2.5.2第三章軟件設(shè)計軟件流程圖步進(jìn)程序設(shè)計流程圖如圖4-1所示，主要包括鍵盤掃描模塊、步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)模塊、電機(jī)反轉(zhuǎn)模塊和步進(jìn)電機(jī)定時模塊圖4

14、-1程序設(shè)計流程圖激磁方式二相步進(jìn)馬達(dá)的激磁方式有下列兩種：?全步激磁全步激磁方式又可分為1相激磁與2相激磁兩種方式，說明如下：1相激磁每次只激磁一相線圈，每輸入一個脈波，便產(chǎn)生一步級的轉(zhuǎn)，如圖11所示，由圖中可知，當(dāng)激磁依 L4LB-A相順序，貝U馬達(dá)順時針方向旋轉(zhuǎn)；若依B- A- B- A- B 相順序激磁，則馬達(dá)依逆時針方向旋轉(zhuǎn)。此種激磁方式之優(yōu)點為 線圈消耗功率小，角精確度良好，但其轉(zhuǎn)距小，加上阻尼特性不良，易失步。?AftB相h II圖？P2-1saswi n r n r, n n2相激磁每輸入一個脈波，將有二相線圈激磁，如圖12所示，由圖中可知，若依A4 BA- A4 BA- AB

15、相順序激磁，則馬達(dá)順時針方向旋轉(zhuǎn) ：若依BA- A4 BA- A4 BA相順序激磁，則馬達(dá)轉(zhuǎn)向為逆時針方向。此種激磁方式由于同時有兩組線圈激磁，輸出轉(zhuǎn)距較大，加上阻尼效果良好，故能追蹤較高的脈波 率，但其缺點為耗電較大，容易發(fā)熱。h I ? - - - - - - ?-D僭 1丁詁廠KL7thB壓V vitalrLH?|圖?？-2-2 ?(2)半步激磁此種激磁方式又稱1-2相激磁，激磁一相線圈和二相線圈交互進(jìn)行， 每加入一數(shù)字脈波 所轉(zhuǎn)動之角度為原步進(jìn)角的一半，因此分辨率可提高一倍，且運(yùn)轉(zhuǎn)時相當(dāng)平滑，故與2相激磁方式同受廣泛使用。圖13為二相步進(jìn)馬達(dá)采用1-2相激磁方式之時序圖，由圖 中可知，

16、若依照 LA444BALAB相的順序激磁，則步進(jìn)馬達(dá)將以順時針方向旋轉(zhuǎn)；但如果依照BA2AB4BA2AB4BA相順序激磁，貝U馬達(dá)逆時針方向旋轉(zhuǎn)TAinInUdi mrsrHEjfiji*E fl un龍ifwvt Hn mm?圖 4_2_3附錄附件A源程序#in elude sbit pOO = POP;sbit p01 = P0A1;sbit p02 = P0A2;codeun sig nedcharForward4=0xFC,0xF9,0xF3,0xF6;MainU1roa-oo ROW P02W02 poaB3 P0.WP0WD5 PQ6心 R37X3D7P2IUA8 P2tA9 P2

17、1AI0 P21AI1 P24AI2 P?W13 P2LAU P27MI5円陀D E匹 P321W P3iiNfrP3OrasniP3WWP3 7WATWCS2 XT心STEPPER-MOTORXTAI1ROOfXOOPO V*O1F02M02P03WO3PO 4/404RSTno C/406PQ7ZXO7P2QWJ工9U2COM 1I*u 13714AHP2VAI?P29AI3P2&A14P2MM3HI li . pi i/T7e P12RJP14P16P16P17pi in2erdUMCDP12WJP14P16P16PI 7PJ IHXD竹儷亍P3 4/TO呂* 2-0 2呂* 2-0 2

18、EAMx-RET5 MEEASTEPPER-MOTOR日 mm m1 2 J 4 r3 b T內(nèi)Ort? 阿Pl 2PL3Fl 4P15Pl.EPl 7FUQAEC Hl UWI =ii: r: 角軸teFVU4DI FDSTAES H3&AE4 Fn r.rr的MWP3Jnjji_ 旳麗帝 FSlTTfTii?rP3S/D l=i &wB Fl価P?JW Pl円阿01P2 3*A1liP9 AI2P2 -5.AI3 R2&AMFB MIE單片機(jī)C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例.北京航空航天大學(xué)出版社，2010,59 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計（第三版）M.北京：清華大學(xué)出版社，200710 郭天祥新概念51單片機(jī)C語言教程一一入門、提高、開發(fā)、拓展、全攻略M.電子工業(yè)出版社，2011, 2致謝在單片機(jī)課程設(shè)計的學(xué)習(xí)過程中，在陳老師和各位同學(xué)的幫助下，我把老師以前 教導(dǎo)的內(nèi)容反饋到實踐中來，在實踐中驗證了學(xué)習(xí)到的理論，同時也對理論知識進(jìn)行 了鞏固。雖然說對于單片機(jī)技術(shù)依然處于入門階段，但是通過課程設(shè)