步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)

1、步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)i / 32 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目:出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)姓名: 周濤專業(yè): 自動(dòng)化班級(jí): 自動(dòng)化 2132 學(xué)號(hào): 步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)ii / 32 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)，步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，被廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它的需要量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，由于其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制中得到了廣泛的應(yīng)用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展以與單片機(jī)技術(shù)的迅速普與，為設(shè)計(jì)功能強(qiáng)，價(jià)格低的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器提供了先進(jìn)的技術(shù)和充足的資源。

2、它的運(yùn)行速度和步距不受電源電壓波動(dòng)與負(fù)載的影響, 因而被廣泛應(yīng)用于數(shù)模轉(zhuǎn)換、速度控制和位置控制系統(tǒng)。本課程設(shè)計(jì)以at89c51 單片機(jī)作為微控制器， 使用混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片uln2003an進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的簡(jiǎn)單控制，本設(shè)計(jì)是對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行四相八拍設(shè)計(jì)。能實(shí)現(xiàn)的功能有電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速與減速。用軟件控制單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)的p2 口輸出脈沖信號(hào)，因?yàn)樗x電機(jī)是四相的，所以只需要p2 口的低四位 p2.0p2.3分別接到電機(jī)的四根電線上，可以通過(guò)調(diào)整輸出脈沖的頻率來(lái)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)改變輸入脈沖的順序來(lái)改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，設(shè)置復(fù)位鍵可使正在轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。關(guān)鍵

3、字 ：四相步進(jìn)電機(jī)，at89c51 單片機(jī)， uln2003 ，proteus ，調(diào)速步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)iii / 32 目 錄摘要 . 第 1 章 概述 . 31.1 課程設(shè)計(jì)與簡(jiǎn)介 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。1.2 步進(jìn)電機(jī)原理與控制技術(shù). 31.3 系統(tǒng)方案論證與設(shè)計(jì). 5第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤! 未定義書(shū)簽。2.1 系統(tǒng)總電路的設(shè)計(jì) .32.1.1 系統(tǒng)的總框圖 .62.1.2 芯片的選擇 .72.2 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).82.2.1 時(shí)鐘電路的選擇與設(shè)計(jì).82.2.2 復(fù)位電路的選擇與設(shè)計(jì). 錯(cuò)誤! 未定義書(shū)簽。2.2.3 電源電路的的選擇與設(shè)計(jì). 錯(cuò)誤! 未定義書(shū)簽。2.3 控

4、制電路設(shè)計(jì) . 82.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) . 13第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 133.1 主程序設(shè)計(jì) . 133.2 子程序設(shè)計(jì) . 13第 4 章 軟件仿真 . 184.1 keil 軟件的簡(jiǎn)介 .184.2 proteus 軟件的簡(jiǎn)介 . 184.3 仿真電路圖 . 204.4 仿真結(jié)果與分析20步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)iv / 32 小結(jié) . 21參考文獻(xiàn).22附錄 a 電路圖 . 23附錄 b 程序 . 24步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)5 / 32 第 1 章 概述1.1 課程設(shè)計(jì)與簡(jiǎn)介：本次課程設(shè)計(jì)主要采用at89c51 芯片，用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)出電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速與減速程序，通過(guò)單片機(jī)、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

5、芯片uln2003a以與相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)以上功能，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、控制模塊、步進(jìn)電機(jī)uln2003a驅(qū)動(dòng)模塊3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)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速與減速功能。本系統(tǒng)具有智能性、實(shí)用性與可靠性的特點(diǎn)。1.2 步進(jìn)電機(jī)原理與控制技術(shù)（1）四相步進(jìn)電機(jī)工作原理該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單

6、四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。四相八拍工作方式： aabbbcccdddaa 步進(jìn)電機(jī)的換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)磁方式為四相八拍，即 aabbbcccddda a。如果按反序通電換相，即ada dcdcbcbbaa，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電機(jī)的速度控制如果給步進(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。兩個(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。1.3 系統(tǒng)方案論證與設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)6

7、 / 32 因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的控制是通過(guò)脈沖信號(hào)來(lái)控制的，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。所以怎樣產(chǎn)生這個(gè)脈沖信號(hào)和產(chǎn)生怎樣的信號(hào)是電機(jī)控制的關(guān)鍵。通過(guò)系統(tǒng)方案論證有2 種設(shè)計(jì)方法。第一種設(shè)計(jì)方法為：主程序中要完成的工作主要有系統(tǒng)初始值的設(shè)置、各種開(kāi)關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)判斷等。其中系統(tǒng)初始狀態(tài)的設(shè)置內(nèi)容較多，該系統(tǒng)中，需要初始化定時(shí)器、外部中斷；對(duì)p2 口送初值以決定脈沖分配方式，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)主要是給電機(jī)各繞組按一定的時(shí)間間隔連續(xù)不斷地按規(guī)律通入電流，步進(jìn)電機(jī)才會(huì)旋轉(zhuǎn)，時(shí)間間隔越短，速度就越快。在這個(gè)系統(tǒng)中，這個(gè)時(shí)間間隔是用定時(shí)器重復(fù)中斷一定次數(shù)產(chǎn)生的，即調(diào)節(jié)時(shí)間間隔就是調(diào)節(jié)定時(shí)器的中斷

8、次數(shù)，因而在定時(shí)器中斷程序中，要做的工作主要是判斷電機(jī)的運(yùn)行方向、發(fā)下一個(gè)脈沖，以與保存當(dāng)前的各種狀態(tài)。外部中斷所要完成的工作是根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時(shí)器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進(jìn)電機(jī)的輸出脈沖頻率，也就是改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。第二種設(shè)計(jì)方法為：用軟件控制單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)的p2口輸出脈沖信號(hào)， 因?yàn)樗x電機(jī)是四相的， 所以只需要 p2 口的低四位 p2.0p2.3分別接到電機(jī)的四根電線上?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整輸出脈沖的頻率來(lái)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)改變輸入脈沖的順序來(lái)改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。第一種設(shè)計(jì)方法這種設(shè)計(jì)方案非常復(fù)雜，采用了定時(shí)器中斷和外部中斷。第二種設(shè)計(jì)方法這種設(shè)

9、計(jì)方案非常簡(jiǎn)單，采用了軟件延時(shí)，可操作性強(qiáng)，故本次設(shè)計(jì)采用了第二種設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)采用的硬件電路主要包括控制電路、最小系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路三大部分。最小系統(tǒng)只要是為了使單片機(jī)正常工作?？刂齐娐酚砷_(kāi)關(guān)和按鍵組成，由操作者根據(jù)相應(yīng)的工作需要進(jìn)行操作。驅(qū)動(dòng)電路主要是對(duì)單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)7 / 32 第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)總電路的設(shè)計(jì)2.1.1 系統(tǒng)的總框圖本設(shè)計(jì)的硬件電路主要包括控制電路、最小系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路三大部分。最小系統(tǒng)是為了使單片機(jī)正常工作?？刂齐娐酚砷_(kāi)關(guān)和按鍵組成，由操作者根據(jù)相應(yīng)的工作需要進(jìn)行操作。驅(qū)動(dòng)電路主要是對(duì)單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行

10、功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)總框圖如圖2.1 所示。步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)8 / 32 2.1.2 芯片的選擇一、 at89c51 芯片介紹atmel 公司生產(chǎn)的 89c51 單片機(jī)是一種低功耗/低電壓高性能的8 位單片機(jī)，它采用cmos和高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 mcs-51兼容；片內(nèi)的flash rom允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性編程器來(lái)編程， 內(nèi)部除 cpu 外，還包括 256 字節(jié) ram ， 4 個(gè) 8 位并行 i/o 口，5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，89c51 單片機(jī)是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單

11、片機(jī)，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。由于本系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單， 程序和數(shù)據(jù)量都不大， 因此我們選用at89c51 單片機(jī)，at89c51晶振頻率采用12mhz 。p0 口： p0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向i/o 口，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，p2 口： p2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 i/o 口，p3 口：p3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o 口，可接收輸出4 個(gè) ttl門(mén)電流。圖 2.1 系統(tǒng)總框圖步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)9 / 32 圖 2.2 at89c51 芯片二 、uln2003芯 片 介 紹uln2003的 每 一 對(duì) 達(dá) 林 頓 都

12、 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 且 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 。所 以 在 課程設(shè)計(jì)中 才 用 uln2003作步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)10 / 32 為 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 驅(qū) 動(dòng) 芯 片 。 其芯片引腳分

13、布圖如圖2.3 所示。圖 2.3 芯片引腳分布圖引腳 1-7:cpu 脈沖輸入端引腳 8：接地。引腳 9：該腳是內(nèi)部7 個(gè)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(shí)，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(duì)地接通。引腳 10-16 ：脈沖信號(hào)輸出端，與引腳1-7 信號(hào)輸入端一一對(duì)應(yīng)。2.2 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)11 / 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，對(duì)51 系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、復(fù)位電路、晶振電路。2.2.1 時(shí)鐘電路的選擇與設(shè)計(jì)at8

14、9c51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式電路得到：內(nèi)部震蕩方式和外部中斷方式。在引腳xtal1 和 xtal2 外部接晶振電路器（簡(jiǎn)稱晶振）或陶瓷晶振器，就構(gòu)成了內(nèi)部晶振方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。其電容值一般在530pf, 晶振頻率的典型值為12mhz, 內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路實(shí)用較多。時(shí)鐘電路是用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)所必需的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)的，有條不紊地一拍一拍地工作。時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本

15、系統(tǒng)中采用外部時(shí)鐘方式的電路。如圖2.4 所示：圖 2.4 時(shí)鐘電路2.2.2 復(fù)位電路的選擇與設(shè)計(jì)復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只要給reset引腳加上2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平信號(hào)，即可使單片機(jī)復(fù)位。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或是操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫死鎖狀態(tài)，也需要按復(fù)位鍵重新復(fù)位。步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)12 / 32 在系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)上述的兩項(xiàng)功能，采用常用的按鍵電平復(fù)位電路，這樣復(fù)位鍵有復(fù)位和停止兩個(gè)功能，如圖2.5 所示：圖 2.5 復(fù)位電路從圖中可以看出，當(dāng)系統(tǒng)得到工作電壓的時(shí)候，復(fù)位電路工作在上電自動(dòng)復(fù)位狀態(tài)，通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)，只要

16、vcc 的上升時(shí)間不超過(guò)1ms就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位功能。當(dāng)系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，直接按開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)模擬系統(tǒng)上電復(fù)位的功能，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重新復(fù)位啟動(dòng)。2.2.3 電源電路的選擇與設(shè)計(jì)該電機(jī)共有四相繞組，工作電壓為+5v ，可以和單片機(jī)共用一個(gè)電源。2.3 控制電路設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設(shè)置了電機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速和減速按鍵，控制電路如圖2.6 所示。通過(guò)正轉(zhuǎn)按鍵、反轉(zhuǎn)按鍵狀態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)功能。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理可以知道，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制主要是通過(guò)控制通入電機(jī)的脈沖頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。該電路控制電機(jī)加速和減速主要是通過(guò)加速和減速按鍵的狀態(tài)變化，進(jìn)入不同子程序中，在子程序中

17、給不同的延遲程序，達(dá)到控制脈沖頻率，從而改變了電機(jī)轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)13 / 32 圖 2.6 控制電路2.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)由單片機(jī)直接輸出的脈沖不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常工作所以需要驅(qū)動(dòng)電路給步進(jìn)電機(jī)提供電源，在本設(shè)計(jì)中采用型號(hào)為uln2003a的芯片，使步進(jìn)電機(jī)正常工作。驅(qū)動(dòng)信號(hào)由p2 口的 p2.0p2.3輸出， 分別與驅(qū)動(dòng)芯片的1b-4b 相連，電路如圖 2.7 所示：步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)14 / 32 圖 2.7 驅(qū)動(dòng)電路第 3 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 主程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)15 / 32 圖 3.1 主程序設(shè)計(jì)圖由主程序掃描四個(gè)按鍵，若正轉(zhuǎn)按鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)子程序中，輸出

18、正序輸出脈沖，使電機(jī)正轉(zhuǎn)并掃描其它四個(gè)按鍵。若再次檢測(cè)到正轉(zhuǎn)按鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)到初始化程序，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。若反轉(zhuǎn)按鍵閉合，則跳轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)子程序中，輸出逆序輸出脈沖，使電機(jī)反轉(zhuǎn)并掃描其它三個(gè)按鍵。若加速按鍵閉合，則脈沖頻率加快，使電機(jī)加速轉(zhuǎn)動(dòng)并掃描其它三個(gè)按鍵。若減速按鍵閉合，則脈沖頻率減慢，使電機(jī)減速轉(zhuǎn)動(dòng)并掃描其它三個(gè)按鍵。3.2 子程序設(shè)計(jì)（1）延遲程序設(shè)計(jì)delay: mov r5,#40 dd1: mov r6,#10dd2: mov r7,#100djnz r7,$djnz r6,dd2步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)16 / 32 djnz r5,dd1ret本設(shè)計(jì)中延遲程序的功能有延時(shí)防按鍵抖動(dòng)和控

19、制脈沖頻率達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在加速和減速的子程序中，要控制電機(jī)加速或減速，只要控制脈沖頻率，修改一下延時(shí)時(shí)間即可。（2）正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)fw : jnb p0.0,$acall delaysjmp z1z1: mov r4,#00hpos1 : mov a,r4mov dptr,#tabmovc a,a+dptrjz z1mov p2,ajnb p0.0,zzjnb p0.1,rsjnb p0.2,s1jnb p0.3,s2步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)17 / 32 acall delayinc r4ajmp pos1retzz: jnb p0.0,$acall delayacall start

20、以上為正轉(zhuǎn)的子程序，其中這程序還有一個(gè)功能當(dāng)正轉(zhuǎn)按鍵第二次按下時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。反轉(zhuǎn)程序與正轉(zhuǎn)程序的差異性在于讀取tab 表中數(shù)據(jù)的順序不一樣。（3）加速和減速程序設(shè)計(jì)s1: jnb p0.2,$acall delaysjmp z3 z3:mov r4,#00pos3: mov a,r4mov dptr,#tabmovc a,a+dptrjz z3步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)18 / 32 mov p2,a jnb p0.1,rsjnb p0.0,fwjnb p0.3,s2acall delay1inc r4ajmp pos3 ret 以上為加速的子程序，其中加速和減速的核心在于脈沖頻率即延遲時(shí)間的設(shè)計(jì)

21、。加速程序與減速程序的差異性在于調(diào)用不同的延遲程序。第 4 章 軟件仿真4.1 keil 軟件的簡(jiǎn)介keil 軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)mcs-51系列單片機(jī)的軟件。 keil 提供了包括 c編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)19 / 32 發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（uvision ）將這些部份組合在一起。開(kāi)發(fā)人員可用 ide 本身或其它編輯器編輯c 或匯編源文件。然后分別由c51 與 c51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.obj ）。目標(biāo)文件可由lib51 創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)l51 連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.abs）。abs

22、 文件由 oh51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 hex 文件。hex 文件格式是intel公司提出的按地址排列的數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)寬度為字節(jié) ,所有數(shù)據(jù)使用16 進(jìn)制數(shù)字表示 , 常用來(lái)保存單片機(jī)或其他處理器的目標(biāo)程序代碼。它保存物理程序存儲(chǔ)區(qū)中的目標(biāo)代碼映象。一般的編程器都支持這種格式。4.2 proteus 軟件的簡(jiǎn)介proteus isis是英國(guó) labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于 windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是： 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和spice 電路仿真相結(jié)合。 具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、 單片機(jī)與其外圍電路組成

23、的系統(tǒng)的仿真、rs232 動(dòng)態(tài)仿真、i2c 調(diào)試器、 spi 調(diào)試器、鍵盤(pán)和lcd 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有： 68000 系列、8051 系列、avr 系列、pic12 系列、pic16 系列、pic18 系列、 z80 系列、 hc11 系列以與各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如keil c51 uvision2等軟件。具有強(qiáng)大

24、的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和spice 分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大?？煞抡?1、avr 、pic。步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)20 / 32 4.3 仿真電路圖圖 4.1 四相八拍步進(jìn)電機(jī)從仿真電路圖中我們可以看出四相八拍步進(jìn)電機(jī)是由最小系統(tǒng)，按鍵控制系統(tǒng)，at89c51 和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成。最小系統(tǒng)為 at89c51 單片機(jī)提供工作電源和脈沖信號(hào)。使得單片機(jī)正常工作。按鍵控制系統(tǒng)為單片機(jī)的輸入i/o 口提供工作信號(hào)，信號(hào)通過(guò)單片機(jī)的輸出i/o 口傳遞給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，最后控制步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)。4.4 仿真結(jié)果與分析步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)21 / 32 圖 4.2 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行圖圖

25、 4.3 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行圖步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)22 / 32 圖 4.4 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行圖圖 4.5 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行圖由 4.2 到 4.5 四幅圖可以看出步進(jìn)電機(jī)是加速轉(zhuǎn)動(dòng)。在仿真時(shí)當(dāng)正轉(zhuǎn)按鍵閉合時(shí)，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)擊暫停仿真，電機(jī)停止，當(dāng)再點(diǎn)暫停仿真時(shí)，兩者數(shù)字變化大概在40 度。再當(dāng)正轉(zhuǎn)按鍵再次閉合時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)反轉(zhuǎn)按鍵閉合時(shí)，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與正轉(zhuǎn)時(shí)速度相同。當(dāng)加速按鍵閉合時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，明顯比正轉(zhuǎn)時(shí)速度快，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)擊暫停仿真，電機(jī)停止，當(dāng)再點(diǎn)暫停仿真時(shí)，兩者數(shù)字變化大概60 度。當(dāng)減速按鍵閉合時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)23 / 32 速變慢，明顯

26、比正轉(zhuǎn)時(shí)速度慢，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)擊暫停仿真，電機(jī)停止，當(dāng)再點(diǎn)暫停仿真時(shí)，兩者數(shù)字變化大概在20 度。小 結(jié)經(jīng)過(guò)小組成員的逐步摸索，我們?cè)诙啻问『蠼K于達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目的，圓滿的完成本次課程設(shè)計(jì)。本次課程設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為基礎(chǔ)，用單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，熟悉單片機(jī)的一般搭建電路，了解單片機(jī)最小系統(tǒng)，一般電子電路與單片機(jī)構(gòu)成簡(jiǎn)單系統(tǒng)與簡(jiǎn)單編程的方法。熟練掌握了keilc51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用方法，進(jìn)一步加深對(duì)單片機(jī)常用指令的理解與運(yùn)用。能夠較熟練的運(yùn)用proteus繪制電路原理圖以與進(jìn)行仿真。以與keilc51 和 proteus的聯(lián)合調(diào)試。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們開(kāi)始采用了一種方法，其缺點(diǎn)不能實(shí)現(xiàn)電

27、機(jī)加速與減速，必須在重新改寫(xiě)程序代碼后再次加載到原理圖中才能實(shí)現(xiàn)電機(jī)加速與減速，在此基礎(chǔ)上，經(jīng)小組成員著力改進(jìn)，解決了上述問(wèn)題和不足，設(shè)計(jì)出了最后的電路原理圖和程序。在不斷改步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)24 / 32 進(jìn)過(guò)程中，使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，以與常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面有了很大的提高。在這次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，我也對(duì)單片機(jī)的知識(shí)也進(jìn)行了復(fù)習(xí)和鞏固。這次課程設(shè)計(jì)，真正的將理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，讓我們更深刻理解到了實(shí)踐的重要性。提醒我們?cè)诮窈蟮膶W(xué)習(xí)過(guò)程中更要注意理論、實(shí)踐相結(jié)合，同時(shí)鍛煉了我們團(tuán)隊(duì)合作精神。最后，尤其感謝老師在設(shè)計(jì)期間對(duì)我們的

28、細(xì)心指導(dǎo)和耐心答疑，讓我們?cè)谟龅讲荒芙鉀Q的問(wèn)題時(shí)能得到極大的幫助！參考文獻(xiàn)1 張毅剛， 劉杰 . mcs-51系列單片機(jī)原理與應(yīng)用m. 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2004. 步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)25 / 32 2 張毅坤， 陳善久，裘雪紅 .單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用m. 西安電子科技大學(xué)出版社 ,2005. 3 汪道輝 .單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐m. 電子工業(yè)出版社出版,2009. 4 胡輝 . 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)m. 中國(guó)水利水電出版社,2014. 5 高洪志 . mcs51單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)教程m 北京：人民郵電出版社，2009.6 程國(guó)鋼 .proteus原理圖設(shè)計(jì)與電路仿真就這么

29、簡(jiǎn)單m 北京：電子工業(yè)出版社， 2014.步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)26 / 32 附錄 a proteus仿真電路圖步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)27 / 32 附錄 b 程序：org 0100hstart: mov dptr,#tabmov r0,#3mov r4,#0mov p2,r0 wait: mov p0,#0ffh jnb p0.0,fwjnb p0.1,rsjnb p0.2,s1jnb p0.3,s2sjmp waitfw : jnb p0.0,$acall delaysjmp z1z1: mov r4,#00hpos1 : mov a,r4步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)28 / 32 mov dptr,#tabmovc a,a+dptrjz z1mov p2,ajnb p0.0,zzjnb p0.1,rsjnb p0.2,