51單片機(jī)匯編語言步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

1、大連理工大學(xué)本科設(shè)計(jì)報(bào)告題目：步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程名稱： 單片機(jī)綜合設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 電子信息與電氣工程學(xué)部 專 業(yè)： 班 級： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 成 績： 2013 年 7 月 20 日題目：步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)要求1) 利用ZLG7290的鍵盤控制直流電機(jī)（或步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向）；2) 也可以利用ADC模塊（與電位器配合），利用電位器控制轉(zhuǎn)速；3) 利用ZLG7290的8位LED數(shù)碼管顯示電機(jī)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速參數(shù)顯示。2 設(shè)計(jì)分析及系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求使用步進(jìn)電機(jī)作為被控制對象，由ZLG7290做人機(jī)對話平臺，利用單片機(jī)的P1（8位）和P3（部分口線）構(gòu)造系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)最

2、終實(shí)現(xiàn)功能、設(shè)計(jì)思路以及方案設(shè)計(jì)如以下幾個(gè)小節(jié)所述。2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能根據(jù)設(shè)計(jì)要求、現(xiàn)有設(shè)備以及知識儲備，完成功能如下： 由按鍵S1S8實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速切換，其中S1S4正轉(zhuǎn)，S5S8反轉(zhuǎn) 按鍵S16作為停止鍵，按下S10后步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，再按S1S16步進(jìn)電機(jī)按照按鍵對應(yīng)轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動 按鍵S10作為復(fù)位鍵，當(dāng)按下S10后，無論當(dāng)前處于何種狀態(tài)，系統(tǒng)恢復(fù)至初始態(tài) 8為LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速（speed=0/1 14），轉(zhuǎn)速前0表示正轉(zhuǎn)，1表示反轉(zhuǎn) 若按下停止鍵，數(shù)碼管顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速；若按下復(fù)位鍵，數(shù)碼管顯示初始態(tài)speed=002.2 設(shè)計(jì)思路本次的設(shè)計(jì)是LED顯示與步進(jìn)電機(jī)相結(jié)合

3、以及若干功能鍵的組合的一種設(shè)計(jì)。根據(jù)之前學(xué)習(xí)的按鍵中斷顯示實(shí)驗(yàn)和定時(shí)器實(shí)驗(yàn)，使用INT0和INT1，INT0作為按鍵中斷，INT1作為定時(shí)器。在主程序中實(shí)現(xiàn)LED初始顯示、定時(shí)器計(jì)時(shí)初始、按鍵中斷初始。INT0中斷調(diào)用中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)對按鍵鍵值的判斷，并根據(jù)相應(yīng)的按鍵值實(shí)現(xiàn)對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的變化，并顯示該按鍵對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。INT1定時(shí)器中斷根據(jù)INT0的按鍵鍵值，對定時(shí)器設(shè)定相應(yīng)的初值，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)按規(guī)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。對于按鍵停止，則是利用中斷優(yōu)先級，當(dāng)INT0的中斷優(yōu)先級高時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入中斷，此時(shí)INT1停止計(jì)時(shí)，也就實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的停止，當(dāng)改變定時(shí)器與按鍵中斷的優(yōu)先級時(shí)，即把INT0設(shè)為低優(yōu)先級，

4、INT1設(shè)為高優(yōu)先級，步進(jìn)電機(jī)重新開始轉(zhuǎn)動。此時(shí)添加一個(gè)對INT0位地址的查詢，若有按鍵即正/反轉(zhuǎn)的4檔轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的按鍵，步進(jìn)電機(jī)開始重新轉(zhuǎn)動。對于復(fù)位功能，則同樣是利用按鍵鍵值的判斷，在對應(yīng)鍵值下控制電機(jī)初始化。2.3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案框圖如下所示：ZLG7290AT89C51UL2003按鍵輸入LED顯示圖1.1 系統(tǒng)總框圖3系統(tǒng)電路圖見附錄4 外圍接口模塊硬件電路功能描述本設(shè)計(jì)主要用到的器件是AT89C51、ZLG7290B和步進(jìn)電機(jī)。4.1 AT89C51AT89C51的主要參數(shù)如下表所示：型號存儲器定時(shí)器I/0串行口中斷速度（MH）其它特點(diǎn)E²PROMROMRAM

5、89C514K1282321624低電壓AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。其引腳如圖1.2所示。圖1.2 單片機(jī)的引腳排列管腳說明如下：VCC：供電電壓GND：接地P0口： 8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流；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，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流；P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。

6、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門電流。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。4.2 ZLG7290B ZLG7290B是數(shù)碼管動態(tài)顯示驅(qū)動、鍵盤掃描管理

7、芯片。接口采用I2C結(jié)構(gòu)。內(nèi)部寄存器有13個(gè)單元00H-0DH：1）系統(tǒng)寄存器（地址00H），第0位稱作按鍵有效位，為1表示按鍵按下，為0表示沒有按鍵操作，并且有按鍵按下的時(shí)候在ZLG7290B的/INT引腳會產(chǎn)生一個(gè)低電平的中斷請求信號。2）鍵值寄存器（地址01H），如果按下的是普通鍵，鍵值寄存器就保存按鍵對應(yīng)的兼職（1-56）。3)連擊計(jì)數(shù)器（02H），就是芯片為普通鍵提供的一種連擊計(jì)數(shù)功能，當(dāng)按下某一按鍵就可以產(chǎn)生連續(xù)的中斷請求信號。4）功能鍵值寄存器（地址03H），功能按鍵不產(chǎn)生鍵值，但是在按下和抬起都會產(chǎn)生中斷請求信號。5）命令寄存器（地址07H和08H），向命令寄存器送入相關(guān)的控制

8、命令可以實(shí)現(xiàn)段尋址，下載顯示數(shù)據(jù)和控制閃爍等功能。6）閃爍控制寄存器（地址0HCH），閃爍控制寄存器決定閃爍的頻率和占空比。7）掃描位數(shù)寄存器（地址0DH），掃描位數(shù)寄存器決定著ZLG7290B動態(tài)掃描顯示的位數(shù)，取值0-7，對應(yīng)的顯示1-8位。8）顯示緩沖寄存器（地址10H-17H），八個(gè)顯示緩沖寄存器直接決定著數(shù)碼管上顯示的字形和顯示的位置。ZLG7290B的引腳圖如下：圖1.3. ZLG7290B引腳邏輯圖4.3 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)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。在非超載的情況下，電機(jī)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)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈

9、沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。（一）步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語1、相數(shù)：產(chǎn)生不同對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(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)。3、步距角：對應(yīng)一個(gè)脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。（二）步進(jìn)電機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：1、最大空載起動頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。2、最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶

10、負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。3、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)镈-DC-C-CB-B-BA-A-AD時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)锳D-A-AB-B-BC-C-CD-D時(shí)為反轉(zhuǎn)。如下所示的步進(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。圖1.4是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。圖1.4 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖5 主程序中主要變量定義變量名稱RAM單元/寄存器功能SDAP3.3IIC數(shù)據(jù)總線SCLP3.4IIC時(shí)鐘線RSTP3.5IIC復(fù)位線BAP1.0步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動BBP1.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動BCP1.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動BDP1.3步

11、進(jìn)電機(jī)驅(qū)動WSLA70H取器件地址（寫）RSLA71H取器件地址（讀）DISDA20H源數(shù)據(jù)塊首地址DISCON08H寫入數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)DATA_130H變量區(qū)首地址6 系統(tǒng)軟件中各個(gè)子程序的功能描述子程序名稱入口參數(shù)出口參數(shù)功能 描述INT_7290AA按鍵中斷TI_INTA無定時(shí)器中斷CFAR3、R4拆分，高4位存在R4中，低4位存在R3中DELAY無無步進(jìn)電機(jī)相旋轉(zhuǎn)鄰角延時(shí)；按鍵抖動消除延時(shí)RDKEY無A讀出鍵值SHOW無無將當(dāng)前10H-17H的字形碼輸出WRNBYTR7,R0,R2,R3無通用的IIC通訊子程序（多字節(jié)寫操作）RDADDR7,R0,R2,R3,R4R0指向的主器件內(nèi)部數(shù)據(jù)塊通

12、用的IIC通訊子程序（多字節(jié)讀操作）6 主程序程序流程圖見附錄7 程序清單SDA BIT P3.3SCL BIT P3.4RST BIT P3.5BA BIT P1.0BB BIT P1.1BC BIT P1.2BD BIT P1.3WSLA EQU 70HRSLA EQU 71HDISDA EQU 20HDISCON EQU 08HDATA_1 EQU 30HORG8000HLJMP8100HORG 8003HLJMP INT_7290;按鍵中斷入口地址ORG 801BHLJMPTI_INT ;定時(shí)器中斷入口地址ORG8100H;*主程序開始*;INT0實(shí)現(xiàn)按鍵中斷,INT1用于定時(shí)器;*S

13、TART:MOV SP,#60HCLR RST;復(fù)位 LCALL DELAY SETB RSTSETB EA SETB EX0 CLR IT0;開INT0中斷SETB PX0; 高優(yōu)先級MOVTMOD,#10H;定時(shí)器1設(shè);為模式1 MOVTH1,#00HMOVTL1,#00HSETBET1;開INT1中斷SETBTR1CLRASETBF0;初始標(biāo)識位MOVR1,#10H;節(jié)拍初始 MOV R5,#08H;*;相序表;*MOV10H,#08H;D 正轉(zhuǎn) MOV11H,#0CH;DCMOV12H,#04H;C MOV13H,#06H;CB MOV14H,#02H;BMOV15H,#03H;BAM

14、OV16H,#01H;AMOV17H,#09H;ADMOV 18H,#09H;AD反轉(zhuǎn)MOV 19H,#01H;AMOV1AH,#03H;AB MOV1BH,#02H;BMOV1CH,#06H;BCMOV1DH,#04H;CMOV1EH,#0CH;CDMOV1FH,#08H;D;*;建立變量緩沖區(qū)（30H37H）;顯示SPEED=00;*MOVDATA_1,#00HMOVDATA_1+1,#00HMOVDATA_1+2,#12HMOVDATA_1+3,#17HMOVDATA_1+4,#16HMOVDATA_1+5,#16HMOVDATA_1+6,#15HMOVDATA_1+7,#14H;*;通

15、過查表建立顯示緩沖區(qū);（20H27H）;*MOVDPTR,#LEDSEGMOVR7,#DISCONMOVR0,#DISDAMOVR1,#DATA_1LOOP1:MOVA,R1MOVCA,A+DPTRMOVR0,AINCR1INCR0DJNZR7,LOOP1;*;寫入數(shù)據(jù);*LOOP:MOVR7,#DISCONMOVR2,#10HMOVR3,#WSLAMOVR0,#DISDALCALLWRNBYTLCALLDELAYSJMP$;等待中斷;*;字形碼;*LEDSEG:DB 0FCH,60H,0DAH,0F2HDB 66H,0B6H,0BEH,0E4HDB 0FEH,0F6H,0EEH,3EHDB

16、9CH,7AH,9EH,8EHDB 0FAH,1EH,12H,00HDB 0B6H,0CEH,0DEH,7AH;S P E D;*;選擇相速（INT1）;* TI_INT:PUSHACCMOV A,29H;判斷鍵值J0: CJNE A,#00H,J1MOVTH1,#00HMOVTL1,#00HSETBF0;F0高電平正轉(zhuǎn)SJMP OUTPUT ;輸出步進(jìn)J1: CJNE A,#01H,J2MOVTH1,#00HMOVTL1,#00H;檔1SETBF0SJMP OUTPUT J2: CJNE A,#02H,J3MOVTH1,#60HMOVTL1,#60H;檔2;不同按鍵設(shè)置不同速度，;正反轉(zhuǎn)各設(shè)

17、四檔SETBF0SJMP OUTPUTJ3: CJNE A,#03H,J4MOVTH1,#90HMOVTL1,#90H;檔3SETBF0SJMP OUTPUTJ4: CJNE A,#04H,J5MOVTH1,#0D0HMOVTL1,#0D0H;檔4SETBF0SJMP OUTPUTJ5: CJNE A,#05H,J6MOVTH1,#00HMOVTL1,#00H;檔1CLRF0SJMP OUTPUTJ6: CJNE A,#06H,J7MOVTH1,#60HMOVTL1,#60H;檔2CLRF0SJMP OUTPUTJ7: CJNE A,#07H,J8MOVTH1,#90HMOVTL1,#90H;

18、檔3CLRF0SJMP OUTPUT J8: MOVTH1,#0D0HMOVTL1,#0D0H;檔4CLRF0SJMP OUTPUTOUTPUT:MOVA,P1;步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)ANLA,#0FH;取低四位MOVA,R1MOVP1,AINCR1DJNZR5,OUTJB F0,CWISE;判斷正/反 MOV R1,#18H;反轉(zhuǎn) SJMP NUMCWISE:MOVR1,#10H;正轉(zhuǎn)NUM: MOV R5,#08HOUT:POPACCRETI;*;拆分;*CF:PUSH02HPUSHDPHPUSHDPLMOVDPTR,#LEDSEGMOVR2,AANLA,#0FHMOVCA,A+DPTRMOVR3,A

19、;存低4位MOVA,R2SWAPAANLA,#0FHMOVCA,A+DPTRMOVR4,A;存高4位POPDPLPOPDPHPOP02HRET;*;延時(shí)程序;*DELAY: PUSH 00H PUSH 01H MOV R0,#00HDELAY1: MOV R1,#00H DJNZ R1,$ DJNZ R0,DELAY1 POP 01H POP 00H RET;*; 7290中斷;*INT_7290: PUSH 00H PUSH 02H PUSH 03H PUSH 04H PUSH 07H PUSH ACC PUSH PSWLCALLDELAY;按鍵消抖LCALLRDKEY;讀鍵值 NOP;用于

20、觀察讀入鍵值CJNEA,#10H,AKEY1PANDUAN:SETBPT1;標(biāo)志位CLRPX0;交換優(yōu)先級，用于停止后再繼續(xù)工作AKEY:JBP3.2,$;查詢LCALLDELAYLCALLRDKEYCJNEA,#0AH,AKEY1SJMPPANDUANAKEY1:JCINPUT;此時(shí)為檔速設(shè)定鍵SJMPRESTARTINPUT:CJNEA,#05H,NEXT ;判斷正/反轉(zhuǎn)NEXT:JNCWISELCALLCFMOV20H,R3MOV21H,R4MOV21H,#0FCH;0，正轉(zhuǎn)表示SJMPOVERWISE:SUBBA,#04HLCALLCFMOV20H,R3MOV21H,R4MOV21H,

21、#60H;1，反轉(zhuǎn)表示SJMPOVERRESTART:LCALLCFMOV20H,R3MOV21H,R4OVER:LCALL SHOWSETB PX0;重新將INT0的優(yōu)先級置高POP PSW POP ACC POP 07H POP 04H POP 03H POP 02H POP 00H RETI;*; 讀鍵值;*RDKEY:MOVR0,#28HMOVR7,#04HMOVR2,#00HMOVR3,#WSLAMOVR4,#RSLALCALLRDADDMOVA,29HRET;*; 顯示程序;*SHOW:MOV R7,#02H MOV R2,#10H MOV R3,#WSLA MOV R0,#DISDA LCALL WRNBYT LCALL DELAYRET;*;通用的I2C通訊子程序（略） ;*END8 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果說明、分析所出現(xiàn)得問題，設(shè)計(jì)體會與建議8.1 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果運(yùn)行程序后，LED顯示屏上顯示“speed=00”。按下對應(yīng)按鍵后，LED顯示屏與步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)如下表所示。按鍵LED顯示屏步進(jìn)電機(jī)無（初始化）speed=00初始速度S1speed=01正轉(zhuǎn)檔1S2speed=02正轉(zhuǎn)檔2S3speed=03正轉(zhuǎn)檔3S4speed=04正轉(zhuǎn)檔4S5speed=11反轉(zhuǎn)檔1S6speed=12反轉(zhuǎn)檔2S7speed=13反轉(zhuǎn)檔3