單片機課程設(shè)計方案步進電機控制設(shè)計方案

1、步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(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，從而達到調(diào)速的目的。結(jié)合對步進電機的了解,然后對步進電機的控制原理包括步進電機的控制方式和驅(qū)動方式作了系統(tǒng)的說明,采用8051單片機來控制步進電機,并給出了步進電機的雙相三拍控制單片機控制和三相六拍的單片機控制的具體實現(xiàn)方法，用匯編程序進行控制運行?？刂葡到y(tǒng)通過單片機存儲器、I/O接口、中斷、鍵盤、LE

2、D顯示器的擴展、步進電機的環(huán)形分頻器、驅(qū)動及保護電路、人機接口電路、中斷系統(tǒng)及復(fù)位電路、單電壓驅(qū)動電路等的設(shè)計，實現(xiàn)了四相步進電機的正反轉(zhuǎn)，急停等功能。 電機的控制系統(tǒng)由AT80C51單片機控制，具有抗干擾能力強，可靠性高而且系統(tǒng)擴展容易等優(yōu)勢。本次課程設(shè)計中著重于通過控制脈沖數(shù)來控制位移，實現(xiàn)準(zhǔn)確定位?；诓竭M電機本身的優(yōu)越性和應(yīng)用的廣泛性，這正是用單片機控制步進電機課程設(shè)計的實際意 義。關(guān)鍵字：步進電機 ,角位移,單片機 ,脈沖 錄目 1. 1 課題描述 1. 2總體實現(xiàn)原理 2. . 步進電機原理及硬件設(shè)計3 2 . 單片機電路3.1 2單片機的組成結(jié)構(gòu) . 3.1.1 AT89C51

3、4 . 單片機的引腳及功能3.1.2 AT89C51 6. 步進電機 .3.2 6. 3.2.1 步進電機的工作原理 7. .3.2.2控制原理 8. .3.2.3步進電機的驅(qū)動方式 9. 3.2.4最小系統(tǒng) 0. 13.3輸入顯示部分 . 11電源 . 3.4 11. 軟件程序設(shè)計 .4 21主程序的設(shè)計. 4.1 3. 1定時中斷設(shè)計4.2 3. 14.3 外部中斷設(shè)計 41. 系統(tǒng)軟件程序4.4 91 . 總結(jié) 0 . 2致謝1 2. 參考文獻 課題描述1 傳統(tǒng)的步進電機控制方法是由觸發(fā)器產(chǎn)生控制脈沖來進行的，此種方法工作方式單一且難于實現(xiàn)人機交互，當(dāng)步進電機的參數(shù)發(fā)生變化是，需要重新進

4、行控制器的設(shè)計。而且由傳統(tǒng)的觸發(fā)器構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有控制電路復(fù)雜、控制精度低、生產(chǎn)成本高等缺點。由單片機控制的步進電機克服了以上缺點。它具有很高的精度，一般用在精確定位方面。 步進電機是一種將數(shù)字信號直接轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的控制驅(qū)動元件，具有快速起動和停止的特點。其驅(qū)動速度和指令脈沖能嚴(yán)格同步，具有較高的重復(fù)定位精度，并能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和平滑速度調(diào)節(jié)。它的運行速度和步距不受電源電壓的波動及負(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)。步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。常見的步進電機分三種：永磁式(PM)、反應(yīng)式(VR)、混合式(HB)，永磁式步進一般分為

5、兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家早已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度，這種步進機應(yīng)用最為廣泛。目前使用單片機控制，單片機為微控制器的下位機和以計算機為上位機的步進電機控制系統(tǒng)，用軟件代替步進控制器,使得線路簡單,成本低,可靠性大大增加,靈活改變步進電機的控制方案,無需邏輯電路組成時序發(fā)生器，軟件編程可靈活產(chǎn)生步進電機勵磁序列來控制步進電機的運行方式。用此方式設(shè)計步進電機控制系統(tǒng)順應(yīng)了目前國

6、內(nèi)外控制系統(tǒng)微機化發(fā)展的趨勢，充分利用了單片機的優(yōu)點，使得通用性得到了提高。伴隨不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 總體實現(xiàn)原理2步進電機的系統(tǒng)總體框圖如圖1，在系統(tǒng)中采用AT89C51單片機產(chǎn)生A、B、C、D四相信號（更具實際需要，可以擴充更多相信好）。當(dāng)采用單片機控制時，需要在單片機和步進電機之間設(shè)置隔離電路以使強弱分開。由于步進電機的驅(qū)動電流相對較大，可增設(shè)放 部分5大電路來提供步進電機的工作電流。系統(tǒng)電路由組成，即：輸入顯示部分。AT89C51 單片機；直流電壓和步進電機。 顯示部直流電鍵盤輸入AT89C5單步進電機塊片機 系統(tǒng)總體框圖

7、 圖1 步進電機原理及硬件設(shè)計3 單片機電路3.1 本系統(tǒng)采用A89C51單片機產(chǎn)生控制信號單片機內(nèi)部的內(nèi)存即可滿足要求。如需要擴展較多的外部RAM和ROM可加上數(shù)據(jù)緩沖器。步進電機控制信號通過AT89C51單片機其中一個口進行擴充。為了增加步進電機工作的靈活性，在啟動步進電機工作之后，當(dāng)有鍵按下，設(shè)置產(chǎn)生外部中斷，達到靈活控制電機的目的。下面介紹一下AT89C51單片機。 3.1.1 AT89C51單片機的組成結(jié)構(gòu) AT89C51單片機內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。它由一個8位中央處理器（CPU）、一個256B片內(nèi)RAM及4KBFlashROM、21個特殊功能寄存器、4個8為并行I/O口以及中

8、斷系統(tǒng)等部分組成，各功能部件通過片內(nèi)單一總線連成一個整體，集成在一塊芯片上。 CPU）（1 包括兩個基本部分：運算器和控制器。是單片機的核心部分， CPUCPU 運算器運算器即算術(shù)邏輯單元ALU,是進行算術(shù)或邏輯運算的部件?？蓪崿F(xiàn)算術(shù)運算和邏輯 。PSWACC運算。操作的結(jié)果一般送回累加器，而其狀態(tài)信息送至程序狀態(tài)寄存器 控制器控制器是用來控制計算機工作的部件?？刂破鹘邮諄碜源鎯ζ鞯闹噶睿垢鞑考f(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。 時鐘源外部事件時序和振蕩位定1數(shù)據(jù)存儲程序存儲RARO計數(shù)CP內(nèi)位數(shù)據(jù)總8內(nèi)部并行口串行口中斷系統(tǒng)I/OI/O中斷外部中斷P0P1P2P3RXDTXD 圖2 AT89

9、C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 ）內(nèi)部存儲器2（ 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器AT89C51芯片內(nèi)共有256B（地址為00H-FFH）的數(shù)據(jù)存儲器，其中高128B（地址為：80H-FFH）被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是低128B(地址為： 用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)，如程序執(zhí)行過程中的變量。00H-7FH),內(nèi)部程序存儲器 AT89C51共有（地址為：0000H-0FFFH）的flash程序存儲器，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格常數(shù)。 （3）定時/計數(shù)器 AT89C51共有兩個16位的定時/計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用于對外部事件進行計數(shù)；也可設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)對單片機運行

10、的控制。 （4）并行I/O口 用于進行單片機內(nèi)外的傳輸，4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）。每個8位的位同步讀寫，又可對每一位進行8口，既可用作輸入口，也可用作輸出口，每個口即可以單獨的操作。標(biāo)準(zhǔn)I/O口的主要功能相當(dāng)于一個8位鎖存器，能存儲一個字節(jié)的二進制數(shù)據(jù)，以保持與之相連接的8條口線各自電位的高低狀態(tài)。 3.1.2 AT89C51單片機的引腳及功能 AT89C51共有40個引腳，下面介紹一下它們的主要功能。 （1）P0口 P0口某一位的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、一VCCC控制信號數(shù)據(jù)地址/ T1&讀鎖存器11引腳P0.X內(nèi)部總線QD-鎖存器T2Q

11、CPMUX寫鎖存器2讀引腳 圖3 P0口的結(jié)構(gòu)示意圖 個轉(zhuǎn)換開關(guān)MUX、一個輸出驅(qū)動電路（T1和T2）和一個與門及一個非門組成。 （2）P1，P2，P3口 P1口是唯一的單功能口，位結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，僅能作為通用I/O口使用，P1口是8位準(zhǔn)雙向口，作通用輸入輸出口使用， Pl口有別于P0口，它接有內(nèi)部上拉電阻。P1口的每以一位可以獨立地定義為輸人或者輸出，因此，P1口既可作為8位并行輸入輸出口，又可作為8位輸入輸出端。CPU既可以對P1口進行字節(jié)操作，又可以進行位操 。作。當(dāng)作輸入方式時，該位的鎖存器必須頂寫1P2口是8位準(zhǔn)雙向輸入輸出接口，當(dāng)外接程序存儲據(jù)時，P2口給出地址的高8位，此時不能

12、用作通用，IO口。當(dāng)外按數(shù)據(jù)存儲器時，若RAM小于256KB，用R0、R1作 口可以用P2口送出地址低8位，P0間址寄存器，只需要 VCC讀鎖存器1P1.X引腳內(nèi)部總線QDT-鎖存器QCP寫鎖存器2讀引腳 圖4 P1口的位結(jié)構(gòu)圖 作通用IO ；若RAM大于256KB，必須用16位寄存器DPTR作間址寄存器則P2 口使用。O 口只能在一定限度內(nèi)作一股IP3口是多功能口，同P0口一樣，當(dāng)做輸入口時，必須先向鎖存器寫“1”，使場效應(yīng)管T截止。 VccGND）主電源引腳和（3 電源：正常操作時接十5VGND(20)：接地；Vcc(40) XTAL2XTAL1和（4）外接晶體引腳當(dāng)外接晶體振蕩器時，XT

13、AL1和XTAL2分別接在外接晶體兩端，當(dāng)采用外部時鐘方 接外來振蕩信號。接地，XTAL2式時，XTAL1 5）控制引腳（RST/Vpp(9)：當(dāng)振蕩器正常運行時，在此引腳上出現(xiàn)二個機器周期以上的高電平使單片機復(fù)位。Vcc掉電期間，此引腳可接備用電源，以保持內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)。當(dāng)Vcc下降掉到低于規(guī)定的水平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電 源。ALE(30)：當(dāng)訪問外部存儲器時，由單片機的P2口送出地址的高8位，P0口送出地址的低8位，數(shù)據(jù)也是通過P0口傳送。作為P0口某時選出的信息到底是低8位地址還是傳送的數(shù)據(jù)，需要有一信號同步地進行分別。當(dāng)ALE信號(允許地址鎖

14、存)為高電平(有效)P0口送出低8位地址，通過ALE信號鎖存低8位地址。 PSEN(29)：程序存儲器讀選通信號，低電平有效。 EAVpp(31)：當(dāng)EA保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器(4K8)，但當(dāng)PC(程序計數(shù)器)值超過OFFFH時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序當(dāng)EA保持低電平時，則 ，不管單片機內(nèi)部是否有程序存儲器。地址開始)從只訪問外部程序存儲器(0000H3.2 步進電機 3.2.1 步進電機的工作原理 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的

15、影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。步進電 機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。設(shè)計中采用了 20BY-0 型步進電機，該電機為四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機轉(zhuǎn)動。當(dāng)某一相繞組通電時，對應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，這時，如果定子和轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，在磁場的作用下，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點，則轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動一定的角度，使轉(zhuǎn)子與定子的齒相互對齊。 其中步進電機的靜態(tài)指標(biāo)及術(shù)語如下。 （1） 相數(shù)：產(chǎn)生不同隊N、S磁場的激磁線圈對數(shù)，常用 m表示。 （2）拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需

16、脈沖用n 表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即ABBCCDDAAB,四相八拍運行方式即 AABBBCCCDDDAA。 （3）步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 表示。 （4）定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電的狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒的諧波以及機械誤差造成的 ）。 （5）靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)作業(yè)下，電機不做旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。雖然靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與電磁激磁匝數(shù)成正比，與定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)。 3.2.2 控制原理 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設(shè)置了啟動控制，換向控制，加

17、速控制和減速控制按鈕，分別是K1、K2、S2、S3，控制電路如圖 5 所示。通過 K1、K2 狀態(tài)變化來實現(xiàn)電機的啟動和換向功能。當(dāng) K1、K2 的狀態(tài)變化時，內(nèi)部程序檢測P1.0 和 P1.1 的狀態(tài)來 調(diào)用相應(yīng)的啟動和換向程序，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的電機的啟動和正反轉(zhuǎn)控制。 圖5 控制電路原理圖 根據(jù)步進電機的工作原理可以知道，步進電機轉(zhuǎn)速的控制主要是通過控制通入電機的脈沖頻率，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。對于單片機而言，主要的方法有：軟件延時和定時中斷在此電路中電機的轉(zhuǎn)速控制主要是通過定時器的中斷來實現(xiàn)的，該電路控制電機加速度主要是通過S2、S3 的斷開和閉合，從而控制外部中斷根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲區(qū)

18、中的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進電機的輸出脈沖頻率，從而改變了電機的轉(zhuǎn)速。 3.2.3 步進電機的驅(qū)動方式 步進電機常用的驅(qū)動方式是全電壓驅(qū)動，即在電機移步與鎖步時都加載額定電壓。為了防止電機過流及改善驅(qū)動特性，需加限流電阻。由于步進電機鎖步時，限流電阻要消耗掉大量的功率，故限流電阻要有較大的功率容量，并且開關(guān)管也要有較高的負(fù)載能力。 圖6 步進電機驅(qū)動電路 所示。通過單片機的6通過 ULN2803 構(gòu)成比較多的驅(qū)動電路，電路圖如圖P1.0-P1.3 輸出脈沖到ULN2803 的 1B-4B口，經(jīng)信號放大后從 1C-4C 口分別輸出到電機的 相。、D、B、CA步進電機的另

19、一種驅(qū)動方式是高低壓驅(qū)動，即在電機移步時，加額定或超過額定值的電壓，以便在較大的電流驅(qū)動下，使電機快速移步；而在鎖步時，則加低于額定值的電壓，只讓電機繞組流過鎖步所需的電流值。這樣，既可以減少限流電阻的功率消耗，又可以提高電機的運行速度，但這種驅(qū)動方式的電路要復(fù)雜一些。驅(qū)動脈沖的分配可以使用硬 件方法，即用脈沖分配器實現(xiàn)。3.2.4 最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，即用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)，對單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、復(fù)位電路、晶振電路。 復(fù)位電路：使用了獨立式鍵盤，單片機的 P1 口鍵盤的接口。該設(shè)計要求只需4 個鍵對步進電機的狀態(tài)進行控制，但考

20、慮到對控制功能的擴展，使用了6路獨立式鍵盤。復(fù)位電路采用手動復(fù)位，所謂手動復(fù)位，是指通過接通一按鈕開關(guān)，使單片機進入復(fù)位狀態(tài)，晶振電路用 30PF 的電容和一 12M 晶體振蕩器組成為整個電路提供時鐘頻率。如圖7所示。 圖7 復(fù)位及時鐘振蕩電路 晶振電路：89C51 單片機的時鐘信號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。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖7所示。其電容值一般在 5-30pf,晶振頻

21、率的典型值為 12MHz,采用6MHz 的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實用電路實用較多。 3.3 輸入顯示部分 本系統(tǒng)是基于提高智能機靈活性而設(shè)計的，對于步進電機的頻率、步數(shù)、位置和停止等通過鍵盤輸入相應(yīng)指令，由單片機輸出步進電機控制信號來實現(xiàn)控制，用數(shù)碼管顯示輸入的參數(shù)并在工作時動態(tài)顯示剩下的步數(shù)。 顯然，要顯示一個字型就應(yīng)該使此字型的相應(yīng)發(fā)光二極管點亮，實際上就是送一個不同電平的組合代表的數(shù)據(jù)到數(shù)碼管。在該步進電機的控制器中，電機可以正反轉(zhuǎn)，可以加速、減速，其中電機轉(zhuǎn)速的等級分為七級，為了方便知道電機的運行狀態(tài)和電機的轉(zhuǎn)速的等級，這里設(shè)計了電機轉(zhuǎn)速和電機的工作狀態(tài)的顯

22、示電路。在顯示電路中，主要是利用了 所示。8口。采用兩個共陽數(shù)碼管作顯示。顯示電路如圖 P2 口和 P0 單片機的 圖8 顯示電路 第一個數(shù)碼管接的 a、b、c、d、e、f、g、h 分別接 P0.0P0.7 口，用于顯示電機正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，正轉(zhuǎn)時顯示“1” ，反轉(zhuǎn)時顯示“一”，不轉(zhuǎn)時顯示“0”。第二個數(shù)碼管的 a、b、c、d、e、f、g、h分別接 P2.0P2.7口，用于顯示電機的轉(zhuǎn)速級別，共七級，即從 17 轉(zhuǎn)速依 表示轉(zhuǎn)速為零。“0”次遞增，3.4 電源 系統(tǒng)中包含弱電和強電兩部分，需要提供兩種電源電壓。這里采用集成穩(wěn)壓器CW7805和輸出電壓可變的LM317來分別提供5V和1.25V-37V

23、電壓，兩電壓不共地。其中一路給單片機供電，另一路給步進電機供電。 所示9將各部分合在一起總體電路如圖 圖9 總體電路 軟件程序設(shè)計4 在步進電機系統(tǒng)中，相應(yīng)的控制信號由單片機來產(chǎn)生，根據(jù)需要通過鍵盤輸入電機的轉(zhuǎn)動方向、轉(zhuǎn)動速率和轉(zhuǎn)動步數(shù)，在工作使用數(shù)碼管來動態(tài)顯示剩下的步數(shù)。所以，軟件部分由4大模塊組成： 主程序部分、定時器中斷部分、外部中斷 0 和外部中斷1 部分，其中主程序的主要功能是系統(tǒng)初始參數(shù)的設(shè)置及啟動開關(guān)的檢測，若啟動開關(guān)合上則系統(tǒng)開始工作，反之系統(tǒng)停止工作；定時器部分控制脈沖頻率，它決定了步進電機轉(zhuǎn)速的快慢；兩個外部中斷程序要做的工作都是為了完成改變速度這一功能。下面分析主程序與

24、定時器中斷程序及外部中斷程序。 4.1 主程序的設(shè)計 主程序中要完成的工作主要有系統(tǒng)初始值的設(shè)置、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示以及各種開關(guān)狀態(tài)的檢測判斷等。其中系統(tǒng)初始狀態(tài)的設(shè)置內(nèi)容較多，該系統(tǒng)中，需要初始化定時器、外部中斷；對 P1 口送初值以決定脈沖分配方式，速度值存儲區(qū)送初值決定步進電機的啟動速、速度和方P1=11H 度，對方向值存儲區(qū)送初值決定步進電機旋轉(zhuǎn)方向等內(nèi)容。若初始化向初始值均設(shè)為 0，就意味著步進電機按相單四拍運行，系統(tǒng)上電后在沒有操作的情況下，步進電機不旋轉(zhuǎn)，方向值顯示“0”， 速度值顯示“0”，主程序流程圖如圖10所示 主程序初始判斷開始鍵按判斷反判斷正跳轉(zhuǎn)執(zhí)行反轉(zhuǎn)程跳轉(zhuǎn)執(zhí)行正轉(zhuǎn)程判讀

25、執(zhí)行完判讀執(zhí)行完畢顯示結(jié)束提示信息結(jié)束 圖10 主程序流程圖 4.2 定時中斷設(shè)計 步進電機的轉(zhuǎn)動主要是給電機各繞組按一定的時間間隔連續(xù)不斷地按規(guī)律通入電流，步進電機才會旋轉(zhuǎn)，時間間隔越短，速度就越快。在這個系統(tǒng)中，這個時間間隔是用定時器重復(fù)中斷一定次數(shù)產(chǎn)生的，即調(diào)節(jié)時間間隔就是調(diào)節(jié)定時器的中斷次數(shù)，因而在定時器中斷程序中，要做的工作主要是判斷電機的運行方向發(fā)下一個脈沖，以及保存當(dāng)前的各種 所示。11狀態(tài)。程序流程圖如圖T中斷入保護現(xiàn)中斷次-1=讀方向指發(fā)速度脈重送相關(guān)狀恢復(fù)現(xiàn)中斷返回 圖11 定時中斷程序流程 4.3 外部中斷設(shè)計 外部中斷所要完成的工作是根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲區(qū)中的數(shù)

26、據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進電機的輸出脈沖頻率，也就是改變了電機的轉(zhuǎn)速。速度增加按鈕 S2 為 INT0 中斷，其程序流程為原數(shù)據(jù)，當(dāng)值等于7 時，不改變原數(shù)值返回，小于 7 時，數(shù)據(jù)加 1 后返回；速度減少按鈕 S3，當(dāng)原數(shù)據(jù)不為 0，減 1 保存數(shù)據(jù)，原 所示。 12則保持不變。程序流程圖如圖 0 數(shù)據(jù)為外部中斷入保護中延時去速上或限速度按鍵是否彈恢復(fù)現(xiàn)中斷返回 圖12 外部中斷程序流程圖 4.4 系統(tǒng)軟件程序 SPEED EQU 10H 。SPEED為轉(zhuǎn)速等級標(biāo)志，共 7 級，即1-7 FX EQU 11H 。FX 為方向標(biāo)志 COUNT EQU 12H 。COUNT

27、 中斷次數(shù)標(biāo)志 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H 。外部中斷0入口地址，加速子程序 AJMP UP ORG 0013H 。外部中斷1入口地址，減速子程序 AJMP DOWN ORG 000BH 。定時器0 中斷入口地址，控制中斷次數(shù)來達到控制轉(zhuǎn)速 AJMP ZDT0 ORG 0030H MAIN: MOV SP,#60H 位計時器）16 （ 1。工作于定時、軟件置位啟動！模式 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0CFH MOV TL0,#2CH MOV COUNT,#01H SETB ET0 。定時/計數(shù)器允許中斷 CLR IT0 。外部中斷為電平觸發(fā)方式

28、，低電平有效 CLR IT1 SETB EX0 。外部允許中斷 SETB EX1 SETB EA 。開總中斷 MOV R1,#11H 。 四相單四拍運行，共陽數(shù)碼管方向顯示 8，速度值顯示 0 MOV SPEED,#00H MOV FX,#00H XIANS: MOV A,SPEED MOV DPTR,#LED MOVC A,A+DPTR 。查表獲取等級對應(yīng)數(shù)碼管代碼 MOV P2,A 。第二個數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速等級 MOV A,FX 。準(zhǔn)備判斷轉(zhuǎn)向 CJNE A,#11H,ELS MOV P0, #0F9H 。第一個數(shù)碼管顯示 1，表示正轉(zhuǎn) AJMP QD ELS: CJNE A,#00H,ZH

29、ENG MOV P0,#0C0H 。第一個數(shù)碼管顯示 0，表示不轉(zhuǎn) AJMP QD ZHENG: MOV P0,#0BFH 。第一個數(shù)碼管顯示-，表示反轉(zhuǎn) QD: JB P3.4,DD 。P3.4 接啟動開關(guān) K1，P3.4=1 時啟動 CLR TR0 。停止定時/計數(shù)器 MOV P0,#0C0H 。第一個數(shù)碼管顯示 0，表示不轉(zhuǎn) MOV P2,#0C0H 。第二個數(shù)碼管顯示 0，表示轉(zhuǎn)速為 0 MOV SPEED,#00H 。重新賦初值 MOV FX,#00H AJMP QD DD: MOV A,SPEED JNZ GO 。A 不等于 0，即初始速度不為零，則轉(zhuǎn)移到 GO CLR TR0 。

30、停止定時/計數(shù)器 AJMP QD 計數(shù)器/。開啟定時GO: SETB TR0 ACALL DELAY AJMP XIANS DELAY: MOV R6,#10 。延時子程序 DEL1: MOV R7,#250 HERE1: DJNZ R7, HERE1 DJNZ R6,DEL1 RET 。以下 ZDT0為定時器中斷程序 ZDT0: PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0H DJNZ COUNT,EXIT JB P3.5,NIZHUAN 。查詢方向標(biāo)志,P3.5 接換向開關(guān) K2 MOV FX,#11H NIZHUAN:MOV

31、A,FX CJNE A,#11H,FZ 。若 A不等于 11，即正轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)移到 FZ MOV A,R1 。R1 記錄上一次電機脈沖狀態(tài) MOV P1,A RR A 。循環(huán)右一位 MOV R1,A MOV P1,A AJMP RE FZ: MOV A,R1 MOV P1,A RL A 。循環(huán)左移一位 MOV P1,A MOV R1,A RE: MOV A,SPEED MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV COUNT,A 。把轉(zhuǎn)速級別賦給 COUNT JB P3.5 ,FFX 。 P3.5 接換向開關(guān) K2, 即換向位，若 P3.5=1，則跳到 FFX MOV FX,#1

32、1H AJMP EXIT FFX: MOV FX,#0FEH 。只要 FX不等于 11H,就可以通過循環(huán)左移或右移進行換向 EXIT: POP DPL POP DPH POP ACC RETI 。以下 UP 為加速中斷程序 UP: PUSH ACC ACALL DELAY 。延時防抖動 JB P3.2,UPEX 。P3.2 為外部中斷 0 位，接增速開關(guān) S2，低電平有效，若 P3.2=1，則退出 MOV A,SPEED CJNE A,#7,SZ 。最大等級為 7，若 A不等于 7，則轉(zhuǎn)移到SZ AJMP UPEX 。若A=7,則退出 SZ: INC SPEED 。SPEED= SPEED+1

33、 UPEX: POP ACC HERE2: JNB P3.2,HERE2 。本條指令為防止開關(guān) S2 按下去后彈不起，導(dǎo)致一直產(chǎn)生中斷 RETI 以下 DOWN為減速中斷程序 DOWN: PUSH ACC ACALL DELAY JB P3.3,DEX 。 P3.3 為外部中斷 1 位，接減速開關(guān) S3，低電平有效，若 P3.3=1，則退出 MOV A,SPEED CJNE A,#0,SJ AJMP DEX SJ: DEC SPEED 。SPEED= SPEED-1 DEX: POP ACC HERE3: JNB P3.3,HERE3 RETI TAB: DB 0,60,40,35,30,28

34、,25,21。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 LED: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,98H END 總結(jié)本設(shè)計通過分析步進電機結(jié)構(gòu)、工作原理，查閱步進電機控制系統(tǒng)的相關(guān)科技文獻，遵循實用、簡單、可靠和低成本的原則，設(shè)計了一種既可用于精度要求不高，但控制需完備的場合。對本次設(shè)計，采用單片機為控制核心，利用其強大的功能，把鍵盤和顯示電路有機的結(jié)合起來，組成一個操作方便、交互性強的控制系統(tǒng)。采用鍵盤電路和顯示電路采用了動態(tài)掃描技術(shù)，節(jié)約了單片機資源。 系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計，具有易維護性，根據(jù) 用戶新的要求，對軟件系統(tǒng)進行少量的修改，使系統(tǒng)功能得到一定程度的提高。使用單片機以軟件方式驅(qū)動步進電機，不但可以通過編程方法，在一定范圍內(nèi)自由設(shè)定步進電機的轉(zhuǎn)速、往返轉(zhuǎn)動的角度以及轉(zhuǎn)動次數(shù)等，而且還可以方便靈活地控制步進電機的運行狀態(tài)，以滿足不同用戶的要求。因此，常把單片機步進電機控制電路稱之為可編程步進電機控制驅(qū)動器。步進電機控制(包括控制脈沖的產(chǎn)生和分配)使用軟件方法，即用 單片機實