基于單片機電動機正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計

1、淮南師范學(xué)院2013屆本科畢業(yè)論文基于單片機的電動機正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計學(xué)生：xxx（指導(dǎo)教師：xxx）（xxxxxx電氣信息工程學(xué)院）摘 要：基于單片機的基本理論，本文設(shè)計了一種步進(jìn)電機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過軟硬件的設(shè)計調(diào)試，實現(xiàn)步進(jìn)電機能根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行開關(guān)加減速控制，使控制系統(tǒng)以最短的時間到達(dá)控制終點，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象；同時它能準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)，啟動和停止。硬件是以AT89C51單片機為核心的控制電路，主要包括：開關(guān)輸入電路、液晶顯示電路、步進(jìn)電機的驅(qū)動電路等。軟件部分采用C語言編程，主要包括液晶顯示程序、步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)即快慢程序等。通過仿真驗證了本文設(shè)計系統(tǒng)的實用性能。關(guān)鍵詞

2、：步進(jìn)電機控制系統(tǒng)；調(diào)速；單片機The design of motor control system based on SCMStudent：Zhou Tianhang（Supervisor：Liu Yunxia）Electrical and Information Engineering Department of Huainan Normal UniversityAbstract: The basic theory based on SCM. this paper designs a kind of stepping motor control system. The system goe

3、s through the design of software and hardware. Realize the stepper motor can switch the acceleration and deceleration control according to the given parameters which makes the control system in the shortest time to finish and not out of step. At the same time, it can control the reversing the steppe

4、r motor accurately, start and stop. The hardware control circuit AT89C51 microcontroller as the core mainly. Include: switch input circuit, LCD displaying circuit, stepper motor drive circuit. The software is programmed by C language. Include: LCD display program and the stepper motor speed program

5、.The practical performance of the design of the system is validated by simulation.Key words: Stepping motor control system; speed control; Single-chip Computer1 緒論1.1 設(shè)計研究的目的和意義由于步進(jìn)電機不需要位置傳感器或速度傳感器就可以實現(xiàn)定位，即使在開環(huán)狀態(tài)下它的控制效果也是令人非常滿意的，這有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本，因此步進(jìn)電機在計算機外圍設(shè)備、數(shù)控機床和自動化生產(chǎn)線等領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。對于一個步進(jìn)電機控制系統(tǒng)而

6、言，總希望它能以最短的時間到達(dá)控制終點。因此要求步進(jìn)電機的速度盡可能地快，但如果速度太快，則可能發(fā)生失步。此外，一般步進(jìn)電機對空載最高啟動頻率都是有所限制的。當(dāng)步進(jìn)電機帶負(fù)載時，它的啟動頻率要低于最高空載啟動頻率。根據(jù)步進(jìn)電機的矩頻特性可知，啟動頻率越高，啟動轉(zhuǎn)矩越小，帶負(fù)載的能力越差。當(dāng)步進(jìn)電機啟動后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時的工作頻率又遠(yuǎn)大于啟動頻率。由此可見，一個靜止的步進(jìn)電機不可能一下子穩(wěn)定到較高的工作頻率，必須在啟動時有一個加速的過程。從高速運行到停止也應(yīng)該有一個減速的過程，防止步進(jìn)電機因為系統(tǒng)慣性的原因，而發(fā)生沖過終點的現(xiàn)象。為此本文以單片機作為控制核心，實現(xiàn)步進(jìn)電機的自動加減速控制，使系統(tǒng)以最

7、短的時間到達(dá)控制終點，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象。因為步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速正比于控制脈沖的頻率，所以調(diào)節(jié)步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速，實質(zhì)上是調(diào)節(jié)單片機輸出的脈沖頻率1-3。由于步進(jìn)電機的運動特性受電壓波動和負(fù)載變化的影響小，方向和轉(zhuǎn)角控制簡單，并且步進(jìn)電機能直接接收數(shù)字量的控制，非常適合采用微機進(jìn)行控制。步進(jìn)電機工作時，失步或者過沖都會直接影響其控制精度。研究步進(jìn)電機的加減速控制，可以提高步進(jìn)電機的響應(yīng)速度、平穩(wěn)性和定位精度等性能，從而決定了步進(jìn)電機控制系統(tǒng)的綜合性能。1.2 步進(jìn)電機的發(fā)展?fàn)顩r步進(jìn)電機的機理是電磁鐵作用，其原始模型起源于1830年至1860年間。1870年前后開始以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氬弧燈的電

8、極輸送機構(gòu)中。20世紀(jì)60年代后期，在步進(jìn)電機本體方面隨著永磁材料的發(fā)展，各種實用性步進(jìn)電機應(yīng)運而生，而半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展則推進(jìn)了步進(jìn)電機在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。 我國步進(jìn)電機的研究及制造起始于本世紀(jì)50年代后期。從50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研機構(gòu)為研究一些裝置而使用從而開發(fā)少量產(chǎn)品。70年代初期，步進(jìn)電機的生產(chǎn)和研究有所突破。70年代中期至80年年代中期為成品發(fā)展階段，新品種高性能電機陸續(xù)被開發(fā)。自80年代中期以來，由于對步進(jìn)電機精確模型做了大量研究工作，各種混合式步進(jìn)電機及驅(qū)動器作為產(chǎn)品廣泛利用4。1.3 論文的主要內(nèi)容1.3.1步進(jìn)電機的工作原理通過查閱文獻(xiàn)對步進(jìn)電

9、機的各種運行方式進(jìn)行研究，深入了解各種運行方式的特點和對步進(jìn)電機控制性能的影響。1.3.2步進(jìn)電機控制的設(shè)計考慮到電動機有各種轉(zhuǎn)動方式與轉(zhuǎn)速大小的控制，設(shè)計符合邏輯的開關(guān)控制方式。1.3.3步進(jìn)電機系統(tǒng)的硬件設(shè)計該部分主要介紹控制步進(jìn)電機系統(tǒng)各個部分所使用的各種硬件，并且相對所選用的硬件設(shè)計其相對應(yīng)的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系。1.3.4步進(jìn)電機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計根據(jù)步進(jìn)電機的原理和控制特點，對步進(jìn)電機控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行分析和設(shè)計。1.3.5程序的調(diào)試及修改用Keil軟件進(jìn)行編程和調(diào)試，并且在Proteus環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)仿真。本設(shè)計第一章介紹了系統(tǒng)的設(shè)計目的、意義及發(fā)展，第二章是系統(tǒng)的硬件設(shè)計，第三章是系統(tǒng)

10、的軟件設(shè)計，第四章是設(shè)計系統(tǒng)的仿真分析，第五章是結(jié)束語。2 系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)理論2.1步進(jìn)電機的介紹步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機件。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轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的5。2.2 液晶顯示器的介紹2.2.1 液晶顯示器的概述液晶顯示器，或稱LCD（Liquid Crystal Display），其本事是不發(fā)光的，是通過借助外界的光線照射

11、液晶材料而實現(xiàn)顯示的被動顯示器件。其分類方法有很多種如：按電光效應(yīng)分類，按顯示內(nèi)容分類，按采光方式分類。2.2.2 液晶顯示器的特點液晶顯示材料的優(yōu)點：無閃爍、驅(qū)動電壓低、成本低廉、可靠性高、彩色顯示、顯示信息量大、生產(chǎn)過程自動化、功耗微小、對人體無危害、可以制成各種規(guī)格和類型的液晶顯示器等。用液晶材料制成的計算機終端和電視可以大幅度減小體積等。液晶顯示技術(shù)對顯示顯像產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了深刻影響，促進(jìn)了微電子技術(shù)和光電信息技術(shù)的發(fā)展6。2.2.3 液晶顯示器的發(fā)展1850年 普魯士醫(yī)生魯?shù)婪蚍茽柦B（Rudolf Virchow）等人就發(fā)現(xiàn)神經(jīng)纖維的萃取物中含有一種不尋常的物質(zhì)。1877年&

12、#160;德國物理學(xué)家奧托·雷曼（Otto Lehmann）運用偏光顯微鏡首次觀察到了液晶化的現(xiàn)象。1883年3月14日 植物生理學(xué)家斐德烈·萊尼澤（Friedrich Reinitzer）觀察到膽固醇苯甲酸酯在熱熔時有兩個熔點。1888年 萊尼澤反復(fù)確定他的發(fā)現(xiàn)后，向德國物理學(xué)家雷曼請教。當(dāng)時雷曼建造了一座具有加熱功能的顯微鏡去探討液晶降溫結(jié)晶之過程，而從那時開始，雷曼的精力完全集中在該類物質(zhì)。1888年 出版分子物理學(xué)，這是對這段時間他在材料物理領(lǐng)域知識的總結(jié)，特別值得一提的是，他在書中首次提出了顯微鏡學(xué)研究方法，通過對晶體顯微鏡和用它所作

13、的觀察。20世紀(jì) 化學(xué)家伏蘭德（D. Vorlander）的努力由聚集經(jīng)驗使他能預(yù)測哪一類的化合物最可能呈現(xiàn)液晶特性，然后合成取得該等化合物質(zhì)，于是雷曼關(guān)于液晶的理論被證明。1922年 法國人弗里德（G. Friedel）仔細(xì)分析當(dāng)時已知的液晶，把他們分為三類：向列型（nematic）、層列型（smectic）、膽固醇（cholesteric）。1930-1960年 在G.Freidel之后，液晶研究暫時進(jìn)入低谷，也有人說，1930-1960年期間是液晶研究的空白期。究其原因，大概是由于當(dāng)時沒有發(fā)現(xiàn)液晶的實際應(yīng)用。但是，在此期間，半導(dǎo)體電子工業(yè)卻獲得了長足的發(fā)展。

14、為使液晶能在顯示器中的應(yīng)用，透明電極的圖形化以及液晶與半導(dǎo)體電路一體化的微細(xì)加工技術(shù)必不可缺。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的進(jìn)步，這些技術(shù)已趨向成熟。20世紀(jì)40年代 開發(fā)出矽半導(dǎo)體，利用傳導(dǎo)電子的 n 型半導(dǎo)體和傳導(dǎo)電洞的 p 型半導(dǎo)體構(gòu)成 pn 介面（pnjunction），發(fā)明了二極管和晶體管。在此之前，在電路中為實現(xiàn)從交流到直流的整流功能，要采用二極管，而要實現(xiàn)放大功能，要采用電子管。這些大而笨重的元件完全可以由半導(dǎo)體二極管和晶體管代替，不需要向真空中發(fā)射電子，僅在固體特別是極薄的膜層中，即可實現(xiàn)整流、放大功能，從而使電子回路實現(xiàn)

15、了小型化。 接著，藉由光加工技術(shù)實現(xiàn)了包括二極管、晶體管在內(nèi)的電子回路圖形的薄膜化、超微細(xì)化。這種技術(shù)簡稱為微影（photolithography）。20世紀(jì)60年代，隨著半導(dǎo)體集成電路（integrated circuit）技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備實現(xiàn)了進(jìn)一步的小型化。上述技術(shù)的進(jìn)步，對于在液晶顯示裝置（display）中的應(yīng)用是必不可少的，隨著材料科學(xué)和材料加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及新型顯示模式和驅(qū)動技術(shù)的開發(fā)，液晶顯示技術(shù)獲得了快速發(fā)展。20世紀(jì)60年代 隨著半導(dǎo)體集成電路（integrated circuit）技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備實現(xiàn)了進(jìn)一步的小型化。1968年任職美國RCA公司

16、的G.H.Heilmeier發(fā)表采用DS（dynamic scattering，動態(tài)散射）模式的液晶顯示裝置。在此之后，美國企業(yè)最早開始了數(shù)字式液晶手表實用化的嘗試7。3 基于AT89C51的步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動方式的總體設(shè)計3.1 系統(tǒng)設(shè)計的原理及組成3.1.1 系統(tǒng)設(shè)計的工作原理本設(shè)計使用4個開關(guān)分別控制步進(jìn)電機的開啟、關(guān)閉，步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)和步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速。1號開關(guān)控制其啟動，當(dāng)按下1號開關(guān)時，電動機開始轉(zhuǎn)動；2號開關(guān)控制其轉(zhuǎn)速快慢，沒有按下開關(guān)是默認(rèn)是慢速轉(zhuǎn)動，當(dāng)按下2號開關(guān)時電動機開始快速轉(zhuǎn)動；3號開關(guān)控制電機正反轉(zhuǎn)，沒有按下開關(guān)時默認(rèn)是正轉(zhuǎn)，按下3號開關(guān)時電動機反向轉(zhuǎn)動；4號開關(guān)控制使電動

17、機停止轉(zhuǎn)動。所有的動作都會顯示在LED的顯示屏幕上。分別是：Reverse slow（正向慢轉(zhuǎn)），Reverse fast（正向快轉(zhuǎn)），Positive slow（反向慢轉(zhuǎn)），Positive fast（反向快轉(zhuǎn)）。3.1.2 系統(tǒng)的組成本文設(shè)計了一種基于以AT89C51單片機控制為核心的電動機正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩方面來進(jìn)行設(shè)計與研究。硬件部分主要從控制電路，輸入電路及輸出電路三方面進(jìn)行設(shè)計，軟件部分主要用C語言進(jìn)行編程以實現(xiàn)設(shè)計要求。系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1所示。復(fù)位電路串行通信按鍵輸入電路晶振電路主控電路顯示器輸出電路電機輸出電路圖1 系統(tǒng)設(shè)計框圖3.2 系統(tǒng)的硬

18、件設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計的硬件部分主要包括單片機控制模塊、輸入開關(guān)電路、步進(jìn)電機及液晶顯示器四大部分。3.2.1 單片機控制模塊的設(shè)計單片機控制模塊即單片機最小系統(tǒng)：單片機、復(fù)位、晶振、串行通信電路、電源。 AT89C51單片機的介紹控制系統(tǒng)的核心元件是單片機，本設(shè)計采用的單片機芯片是AT89C51，它是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，片內(nèi)含4k字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），該器件采用ATMEL高密度、非易失性存儲器技術(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。片內(nèi)置通用8位中央處理器（C

19、PU）和Flash閃存存儲單元，具有1000次擦寫周期，三級加密程序存儲器，32個可編程I/O口線，2個16位定時/計數(shù)器，6個中斷源，可編程串行UART通道，低功耗空閑和掉電模式，全靜態(tài)操作范圍是0Hz24MHz，功能強大的AT89C51單片機是一種高效微控制器，可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域8-10。AT89C51芯片總共有40個引腳，各引腳圖如圖2所示。圖2 單片機引腳圖各管腳說明如下：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：8位，漏極開路的雙向I/O口。P1口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。 P2口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3口：

20、8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3口的第二功能，如表1所示：表1 P3口引腳的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RDP3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位引腳，高電平有效。ALE/PROG：低8位地址鎖存允許信號端。PSEN：讀外部程序存儲器的選通信號端。EA/VPP：外部程序存儲器訪問允許控制端。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路的輸入端。XTAL2：片內(nèi)震蕩器反相放大器的輸出端11-13。 晶振電路晶振電路由兩個22pF的電容和一個11.

21、0592MHz的晶振組成。電路圖如圖3所示，其中XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。圖3 晶振電路圖 復(fù)位電路復(fù)位電路有兩種復(fù)位方式，即手動復(fù)位和上電復(fù)位，采用的是高電平復(fù)位，由一個按鍵、一個10K的電阻、一個1K的電阻和一個10uF的電容組成。電路圖如圖4所示。圖4 復(fù)位電路圖 串行通信電路串行通信電路由5個0.1uF電容和一個MAX232芯片組成，MAX232芯片采用的是美信公司生產(chǎn)的芯片，符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，只需要單一+5V電源供電，片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-，功耗低，典型供電電

22、流5mA，內(nèi)部集成2個RS-232C驅(qū)動器，高集成度，片外最低只需4個電容即可工作。電路圖如圖5所示。圖5 串行通信電路圖 電源電路單片機采用的是5V電源，電源電路中有一個1K的電阻和一個發(fā)光二極管組成。電路圖如圖6所示。圖6 電源電路圖3.2.2 SMC1602A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理SMC1602A主要是由日立公司的HD44780、HD44100(或兼容電路)和幾個電阻、電容等組成。HD44780是用低功耗COMS技術(shù)制造的大規(guī)模點陣LCD控制器，具有簡單而功能較強的指令集，可實現(xiàn)字符移動、閃爍等功能，與微處理器相連能使LCD顯示大小應(yīng)為字母、數(shù)字和符號。HD44780控制電路

23、主要由DDRAM、CGROM、CGRAM、IR、DR、BF、AC等大規(guī)模集成電路組成。DDRAM為數(shù)據(jù)顯示RAM，用以存放要LCD顯示的數(shù)據(jù)，能存儲80個字符。只要將標(biāo)準(zhǔn)的ASC2碼放入到DDRAM，內(nèi)部控制線路就會自動將數(shù)據(jù)傳送到顯示器上，并顯示出ASC2碼對應(yīng)的字符。CGROM為字符生產(chǎn)器ROM，它存儲了由8位字符碼生成的192個5*7點陣字符和32種5*10點陣字符和32種5*10點陣字符。HD44780 8位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系，即內(nèi)置字符集，如表2所示：表2 HD44780內(nèi)置字符集低4位 高4位00000001001000110100010101100111*0000CGRA0

24、Pp*0001(2)!1AQaq*0010(3)“2BRbr*0011(4)#3CScs*0100(5)$4DTdt*0101(6)%5EUeu*0110(7)&6FVfv*0111(8)7GWgw*1000(1)(8HXhx*1001)9IYiy*1010*:JZjz*1011+;Kk(*1100,<Ll*1101-=Mm)*1110.>Nn*1111(8)/?O_oCGRAM為字符生產(chǎn)器RAM，可供使用者儲存特殊造型的造型碼，CGRAM最多可存8個造型。IR為指令寄存器，負(fù)責(zé)儲存MCU要寫給LCD的指令碼，當(dāng)RS及R/W引腳信號為0且E引腳信號由1變?yōu)?時，D0D7引腳

25、上的數(shù)據(jù)便會存入到IR寄存器中。DR為數(shù)據(jù)儲存及，負(fù)責(zé)存儲微機要寫到CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù)，或者存儲MCU要從CGRAM或DDRAM讀出的數(shù)據(jù)。因此，可將DR視為一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當(dāng)RS及R/W引腳信號為0且E引腳信號由1變?yōu)?時，讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)RS引腳信號為1，R/W引腳信號為0且E引腳信號由1變?yōu)?時，存入數(shù)據(jù)。BF為忙碌信號，當(dāng)BF為1時，不接收微機送來的數(shù)據(jù)或指令；當(dāng)BR為0時，接受外部數(shù)據(jù)或指令。在寫數(shù)據(jù)或指令到LCD之前，必須查看BF是否為0。AC為地址計數(shù)器，負(fù)責(zé)計數(shù)寫入/讀出CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù)地址，AC依照MCU對LCD的設(shè)置值而自動修改它本身的內(nèi)容。HD44100

26、也是采用COMS技術(shù)制造的大規(guī)模LCD驅(qū)動IC，即可當(dāng)行驅(qū)動，又可當(dāng)列驅(qū)動用，由20*20bit二進(jìn)制移位寄存器、20*20bit數(shù)據(jù)鎖存器、20*20bit驅(qū)動器組成，主要用于LCD時分割驅(qū)動14-16。液晶顯示部分如圖7所示：圖7液晶顯示部分電路圖3.2.3 輸入電路的設(shè)計該部分使用開關(guān)控制輸入單片機P0口高低點位，單片機接收到來自P0口的高低點位時，從而按照輸入的C程序執(zhí)行電動機的動作。與單片機引腳相接部分接上加入下拉電壓電阻的形成高電位，開關(guān)的另一端接入地線。所以未按下開關(guān)時，單片機引腳為高電位；當(dāng)按下開關(guān)時，所接的引腳就會變?yōu)榈仉娢弧?號開關(guān)控制其啟動，當(dāng)按下1號開關(guān)時，電動機開始轉(zhuǎn)

27、動；2號開關(guān)控制其轉(zhuǎn)速快慢，沒有按下開關(guān)是默認(rèn)是慢速轉(zhuǎn)動，當(dāng)按下2號開關(guān)時電動機開始快速轉(zhuǎn)動；3號開關(guān)控制電機正反轉(zhuǎn)，沒有按下開關(guān)時默認(rèn)是正轉(zhuǎn)，按下3號開關(guān)時電動機反向轉(zhuǎn)動；4號開關(guān)控制使電動機停止轉(zhuǎn)動。所有的動作都會顯示在LED的顯示屏幕上。開關(guān)輸入信號電路如圖8所示：圖8輸入電路電路圖3.2.4 發(fā)光二極管電路的設(shè)計發(fā)光二極管報警電路由2個綠色和紅色發(fā)光二極管組成。綠色二極管陽極接在VCC上，陰極接在p0.0口，該接口處于高電位時（即開關(guān)1沒有閉合時）燈為滅的，該口處于地電位時（即開關(guān)1閉合時）該燈變亮，燈亮?xí)r指示電動機正在運行；紅色二極管陰極端接在地線上，陽極接在p0.3口，該接口處于高

28、電位時（即開關(guān)1沒有閉合時）燈為亮的，該口處于地電位時（即開關(guān)1閉合時）該燈變滅，燈亮?xí)r指示電動機停止運行17-18。發(fā)光二極管指示電路圖如圖9所示。圖9發(fā)光二極管指示電路圖3.2.5 系統(tǒng)硬件的總體電路圖根據(jù)對以上各硬件部分的分析，可以畫出系統(tǒng)各部分之間的接口電路圖，如圖10所示。圖10 系統(tǒng)各硬件接口電路圖3.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計本設(shè)計采用的Keil C51軟件進(jìn)行系統(tǒng)的編程，Keil C51是當(dāng)前使用最廣泛的的基于80C51 單片機內(nèi)核的軟件開發(fā)平臺之一，由德國Keil Software 公司推出。uVision2是Keil Software 公司推出的51系列單片機開發(fā)工具，uVisio

29、n2集成開發(fā)環(huán)境IDE是一個基于Windows的軟件開發(fā)平臺，集編輯、編譯、仿真與一體。支持匯編語言和C語言的程序設(shè)計。一般來說，Keil 51和uVision2指的是uVision2集成開發(fā)環(huán)境。3.3.1 系統(tǒng)主程序的設(shè)計主程序設(shè)計主要是對系統(tǒng)各部分進(jìn)行初始化,并設(shè)定好各部分開關(guān)觸發(fā)信號和顯示電路程序的設(shè)計，根據(jù)上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)的分析可畫出系統(tǒng)主程序工作流程圖，如圖11所示。NNYYYN是否按下開關(guān)4電動機反向轉(zhuǎn)動開始系統(tǒng)初始化是否按下開關(guān)1電動機處于停止?fàn)顟B(tài)紅色指示等發(fā)光綠燈亮起電動機正向慢速轉(zhuǎn)動是否按下開關(guān)2電動機快速轉(zhuǎn)動是否按下開關(guān)3循環(huán)結(jié)束N圖11 系統(tǒng)主程序流程圖3.3.2

30、 中斷服務(wù)程序的設(shè)計主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機引腳接收到來自輸入p0.0口的低電壓信號時程序開始運行，等待開關(guān)輸入p0.1p0.3口的電壓信號改變正在運行的狀態(tài)。當(dāng)P0.1或p0.2口輸入的高低電壓信號后，步進(jìn)電機表現(xiàn)出相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)與快速慢速，并且一直持續(xù)這一動作直至外接再次向單片機輸入新的高低電壓信號。當(dāng)p0.3口輸入低電壓時，步進(jìn)電機就再次進(jìn)入初始狀態(tài)，該程序就是運行了一個循環(huán)。中斷源發(fā)出中斷申請關(guān)中斷INT0=1；INT1=1開中斷中斷返回圖12 中斷服務(wù)程序工作流程圖4 系統(tǒng)設(shè)計的仿真分析通過對系統(tǒng)硬件和軟件兩方面的介紹，為了更好的驗證系統(tǒng)設(shè)計的的功能，本設(shè)計采用Protues進(jìn)行仿

31、真。該軟件是英國Lab center electronics公司出版的EDA工具軟件。從1989年問世至今已經(jīng)有20年的歷史，在全球得到廣泛使用。Proteus軟件除具有和其他EDA工具軟件一樣的原理編輯、印制電路板制作外，還具有交互的仿真功能。它不僅是模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路的設(shè)計與仿真平臺。更具目前世界上最先進(jìn)、最完整的的多種型號未處理器系統(tǒng)的設(shè)計與仿真平臺，真正實現(xiàn)了在計算機中完成電路原理圖設(shè)計、電路分析與仿真、微處理器設(shè)計與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證到形成印制電路板的完整電子設(shè)計、研發(fā)過程。Proteus軟件由ISIS（Intelligent schematic input sy

32、stem）和ARES（Aduanced routing and editing software）兩個軟件構(gòu)成，其中ISIS是一款智能電路原理圖輸入系統(tǒng)軟件，可作為電子系統(tǒng)仿真平臺；ARES是一款高級布線編輯軟件，用于印制電路板（PCB）21。開關(guān)都全未閉合時，即處于該系統(tǒng)的最初始狀態(tài)，如圖紅色二極管發(fā)光，綠色二極管不發(fā)光，顯示該電動機沒有旋轉(zhuǎn)。初始仿真電路圖如圖13所示。圖13 初始狀態(tài)仿真電路圖當(dāng)按下開關(guān)1后，p0.0口接低電平，紅色發(fā)光二級管熄滅，綠色二極管發(fā)光，電動機開始正向慢速轉(zhuǎn)動，并且液晶顯示屏幕上顯示positive slow（即：慢速正轉(zhuǎn)）。效果圖如圖14所示。圖14慢速正轉(zhuǎn)仿

33、真效果圖當(dāng)繼續(xù)按下開關(guān)2后，p0.0-p0.1口引腳都為低電平，綠色二極管持續(xù)發(fā)光，電動機開始正向快速轉(zhuǎn)動，并且液晶顯示屏幕上顯示positive fast（即：快速正轉(zhuǎn)）。效果圖如圖15所示。圖15快速正轉(zhuǎn)仿真效果圖當(dāng)繼續(xù)按下開關(guān)3后，p0.0-p0.2口引腳都為低電平，綠色二極管持續(xù)發(fā)光，電動機開始反向快速轉(zhuǎn)動，并且液晶顯示屏幕上顯示reverse fast（即：快速反轉(zhuǎn)）。效果圖如圖16所示。圖16快速反轉(zhuǎn)仿真效果圖當(dāng)繼續(xù)操作斷開開關(guān)2后，p0.0與p0.2口引腳為低電平，綠色二極管持續(xù)發(fā)光，電動機開始反向慢速轉(zhuǎn)動，并且液晶顯示屏幕上顯示reverse slow（即：慢速反轉(zhuǎn)）。效果圖如

34、圖17所示。圖17慢速反轉(zhuǎn)仿真效果圖5 結(jié)束語本文設(shè)計了一種基于AT89C51單片機的動控制步進(jìn)電動機的正反轉(zhuǎn)系統(tǒng)，并且實現(xiàn)了仿真，當(dāng)開啟啟動按鈕后該系統(tǒng)就開始以慢速正方向旋轉(zhuǎn)的方式工作，并且發(fā)光二級管由紅燈亮綠燈滅變?yōu)榫G燈亮紅燈滅，通過控制2號與3號開關(guān)按鈕實現(xiàn)對步進(jìn)電機的速度與旋轉(zhuǎn)方向的控制，最后當(dāng)希望該系統(tǒng)回到初始狀態(tài)直接按下4號開關(guān)就可實現(xiàn)該系統(tǒng)的停止。該系統(tǒng)具有操作簡單、易懂、靈活且安裝方便、智能型高、可靠性高等特點。在論文中主要對設(shè)計的背景、發(fā)展?fàn)顩r及各硬件部分和軟件部分進(jìn)行了介紹，通過這次畢業(yè)論文設(shè)計，使我深刻了解了單片機的基本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程；使我在Keil軟件編程

35、、Protel繪圖和Proteus仿真方面的知識得到進(jìn)一步的加強；使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。參考文獻(xiàn)：1 吳玉香,李艷,等.電機及拖動M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011:1-5.2 李發(fā)海,王巖. 電機與拖動基礎(chǔ)M. 北京:清華大學(xué)出版社,2005:1-3.3 陳伯時. 電機與運動控制系統(tǒng)M. 北京:機械工業(yè)出版社,2005:59-67.4 黃立培. 電動機控制M. 北京: 清華大學(xué)出版社,2003:37-39.5陳隆昌，閆治安，等. 控制電機M. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000:49-51.6 張靖武. 單片機系統(tǒng)的設(shè)計與仿真M. 北京：電子工業(yè)

36、出版社,2009:42-44.7 周坤. 電子科技的誕生M. 北京：電子工業(yè)出版社,2009:51-54.8 楊加國. 單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計M. 北京:清華大學(xué)出版社,2009:20-28.9 張培仁. 基于C語言編程MCS-51單片機原理與應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,2003:25-33.10 張毅強. 新編MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計M.哈爾濱：哈工大出版社,2003:45-51.11 張奇. 單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)-基于C語言編程M.北京:電子工業(yè)出版社,2004:67-68.12 丁元杰. 單片微機原理及應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社,2000:42-47.13 趙亮.單片機

37、C語言編程與實例M.北京:人民郵電出版社,2003:34-36.14 陳忠平,等.基于proteus的51系列單片機設(shè)計與仿真M. 北京:電子工業(yè)出版社,2010:231-232.15 周潤景，景曉松.proteus在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例M. 北京:電子工業(yè)出版社,2006:198-204.16 林志奇. 基于proteus 的單片機可視化軟件仿真M. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006:100-102.17 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分M. 北京:高等教育出版社,2006:100-102.18 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分M. 北京:高等教育出版社,2006:115-117.19 肖來勝. 單片機技術(shù)實用教程M. 武漢:華中科技大學(xué)出版社,2004:89-94.20 李朝青. 單片機原理及接口技術(shù)（簡明修訂版）M.北京:北京航天航空大學(xué)出版社,1998:112-120.21 侯玉寶編著. 基于Proteus的51系列單片機設(shè)計與仿真M. 北京:電子工業(yè)出版社,2008:2-4.附錄系統(tǒng)設(shè)計