基于單片機的步進電機(直流電機)控制器設計

1、單片機原理及應用課程設計基于單片機的步進電機(直流電機)控制器設計 學 院： 物聯(lián)網工程學院 班 級： 自動化 姓 名： 學 號： 同組成員： 日 期： 2016.6.20-2016.6.24 一、設計目的通過具體小型測試系統(tǒng)設計，實踐單片機系統(tǒng)設計及調試的全過程，以加深對單片機內部結構、功能和指令系統(tǒng)的理解，并進一步學習單片機開發(fā)系統(tǒng)的應用及一些外圍芯片的接口和編程方法，初步掌握單片機系統(tǒng)的硬、軟件設計技術及調試技巧。二、設計要求1）電機轉速可以平穩(wěn)控制2）通過鍵盤和顯示器可以設置電機的轉速3）顯示電機的速度趨勢三、儀器設備1）IBMPC機 一臺2）DS-51PRO.NET單片機仿真器、編程

2、器、試驗儀三合一綜合開發(fā)平臺 一臺四、硬件線路圖及主要芯片說明1、AT89C5單片機芯片說明AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。VCC：AT89C51 電源正極輸入，接

3、+5V 電壓。GND：電源接地端。XTAL1：接外部晶振的一個引腳。在單片機內部，它是一反相放大器輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。它采用外部振蕩器時，些引腳應接地。XTAL2：接外部晶振的一個引腳。在片內接至振蕩器的反相放大器輸出端和內部時鐘發(fā)生器輸入端。當采用外部振蕩器時，則此引腳接外部振蕩信號的輸入。RST：AT89C51 的復位信號輸入引腳，高電位工作，當要對芯片又時，只要將此引腳電位提升到高電位，并持續(xù)兩個機器周期以上的時間，AT89C51 便能完成系統(tǒng)復位的各項工作，使得內部特殊功能寄存器的內容均被設成已知狀態(tài)。ALE/PROGALE：是英文"ADDRESS LATCH

4、 ENABLE"的縮寫，表示允許地址鎖存允許信號。當訪問外部存儲器時，ALE 信號負跳變來觸發(fā)外部的8 位鎖存器 (如74LS373)，將端口P0 的地址總線(A0-A7)鎖存進入鎖存器中。在非訪問外部存儲器期間，ALE 引腳的輸出頻率是系統(tǒng)工作頻率的 1/16，因此可以用來驅動其他外圍芯片的時鐘輸入。當問外部存儲器期間，將以1/12 振蕩頻率輸出。EA/VPP：該引腳為低電平時，則讀取外部的程序代碼 (存于外部EPROM 中)來執(zhí)行程序。因此在8031 中，EA 引腳必須接低電位，因為其內部無程序存儲器空間。如果是使用AT89C51或其它內部有程序空間的單片機時，此引腳接成高電平使

5、程序運行時訪問內部程序存器，當程序指針PC 值超過片內程序存儲器地址(如8051/8751/89C51 的PC 超過0FFFH)時，將自動轉向外部程序存儲器繼續(xù)運行。此外，在將程序代碼燒錄至8751 內部EPROM、89C51 內部FALSH 時，可以利用此引腳來輸入提供編程電壓（8751 為2lV、AT89C51 為12V、8051 是由生產廠方一次性加工好)。PSEN：此為"Program Store Enable"的縮寫。訪問外部程序存儲器選通信號，低電平有效。在訪問外部程序存儲器讀取指令碼時，每個機器周期產生二次PSEN 信號。在執(zhí)行片內程序存儲器指令時，不產生PS

6、EN 信號，在訪問外部數(shù)據時，亦不產生PSEN 信號。P0：P0 口(P0.0P0.7)是一個8 位漏極開路雙向輸入輸出端口，當訪問外部數(shù)據時，它是地址總線（低8 位）和數(shù)據總線復用。外部不擴展而單片應用時，則作一般雙向IO 口用。P0 口每一個引腳可以推動8 個LSTTL 負載。P2：P2 口(P2.0P2.7)口是具有內部提升電路的雙向I/0 端口(準雙向并行I/O 口)，當訪問外部程序存儲器時，它是高8 位地址。外部不擴展而單片應用時，則作一般雙向IO 口用。每一個引腳可以推動4 個LSTL 負載。P1：P1 口(P1.0P1.7)口是具有內部提升電路的雙向I/0 端口(準雙向并行I/O

7、 口)，其輸出可以推動4 個LSTTL 負載。僅供用戶作為輸入輸出用的端口。P3：P3 口(P3.0P3.7)口是具有內部提升電路的雙向I/0 端口(準雙向并行I/O 口)，它還提供特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部隨機存儲器內容的讀取或寫入控制等功能。其特殊功能引腳分配如下：P3.0 RXD 串行通信輸入P3.1 TXD 串行通信輸出P3.2 INT0 外部中斷0 輸入，低電平有效P3.3 INT1 外部中斷1 輸入，低電平有效P3.4 T0 計數(shù)器0 外部事件計數(shù)輸入端P3.5 T1 計數(shù)器1 外部事件計數(shù)輸入端P3.6 WR 外部隨機存儲器的寫選通，低電平有效P3.

8、7 RD 外部隨機存儲器的讀選通，低電平有效2、實驗接線原理圖五、系統(tǒng)工作原理（包括采樣原理、數(shù)據存放單元安排、按鍵和顯示處理原理、中斷處理等）1）采樣原理通過采集點不同電壓而執(zhí)行不同的功能。當不同的按鍵被按下時，AD轉換的電壓不同，通過AD轉換值便可以判斷出是哪個按鍵被按下。2）按鍵和顯示處理 鍵盤處理程序首先執(zhí)行有無鍵按下的程序段，當確認有按鍵按下后，下一步就要識別哪一個按鍵被按下。對鍵的識別常用逐行掃描查詢法或行列反轉法。在獲取鍵號后，繼續(xù)掃描端口，直到狀態(tài)改變，去抖動后，再次確認狀態(tài)改變，即可判斷按鍵釋放。六、程序框圖七、程序清單#include <reg52.h>#def

9、ine KeyPort P3#define DataPort P0 /定義數(shù)據端口 程序中遇到DataPort 則用P0 替換sbit LATCH1=P26;/定義鎖存使能端口 段鎖存sbit LATCH2=P27;/ 位鎖存unsigned char code dofly_DuanMa10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;/ 顯示段碼值09unsigned char code dofly_WeiMa=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/分別對應相應的數(shù)碼管點亮,即位碼unsign

10、ed char TempData8; /存儲顯示值的全局變量sbit A1=P10; /定義步進電機連接端口sbit B1=P11;sbit C1=P12;sbit D1=P13;#define Coil_AB1 A1=1;B1=1;C1=0;D1=0;/AB相通電，其他相斷電#define Coil_BC1 A1=0;B1=1;C1=1;D1=0;/BC相通電，其他相斷電#define Coil_CD1 A1=0;B1=0;C1=1;D1=1;/CD相通電，其他相斷電#define Coil_DA1 A1=1;B1=0;C1=0;D1=1;/D相通電，其他相斷電#define Coil_A1

11、 A1=1;B1=0;C1=0;D1=0;/A相通電，其他相斷電#define Coil_B1 A1=0;B1=1;C1=0;D1=0;/B相通電，其他相斷電#define Coil_C1 A1=0;B1=0;C1=1;D1=0;/C相通電，其他相斷電#define Coil_D1 A1=0;B1=0;C1=0;D1=1;/D相通電，其他相斷電#define Coil_OFF A1=0;B1=0;C1=0;D1=0;/全部斷電unsigned char Speed=1;bit StopFlag;void Display(unsigned char FirstBit,unsigned char

12、Num);void Init_Timer0(void);unsigned char KeyScan(void);/*- uS延時函數(shù)，含有輸入參數(shù) unsigned char t，無返回值 unsigned char 是定義無符號字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編,大致延時 長度如下 T=tx2+5 uS -*/void DelayUs2x(unsigned char t) while(-t);/*- mS延時函數(shù)，含有輸入參數(shù) unsigned char t，無返回值 unsigned char 是定義無符號字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振

13、12M，精確延時請使用匯編-*/void DelayMs(unsigned char t) while(t-) /大致延時1mS DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); /*- 主函數(shù)-*/main() unsigned int i=512;/旋轉一周時間 unsigned char num; Init_Timer0(); Coil_OFF while(1) /正向 num=KeyScan(); /循環(huán)調用按鍵掃描 if(num=1)/第一個按鍵,速度等級增加 if(Speed<18) Speed+; else if(num=2)/第二個按鍵，速度等級減小 if(

14、Speed>1) Speed-; else if(num=3) Coil_OFF StopFlag=1; else if(num=4) StopFlag=0; TempData0=dofly_DuanMaSpeed/10;/分解顯示信息，如要顯示68，則68/10=6 68%10=8 TempData1=dofly_DuanMaSpeed%10; /*- 顯示函數(shù)，用于動態(tài)掃描數(shù)碼管 輸入參數(shù) FirstBit 表示需要顯示的第一位，如賦值2表示從第三個數(shù)碼管開始顯示 如輸入0表示從第一個顯示。 Num表示需要顯示的位數(shù)，如需要顯示99兩位數(shù)值則該值輸入2-*/void Display(

15、unsigned char FirstBit,unsigned char Num) static unsigned char i=0; DataPort=0; /清空數(shù)據，防止有交替重影 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; DataPort=dofly_WeiMai+FirstBit; /取位碼 LATCH2=1; /位鎖存 LATCH2=0; DataPort=TempDatai; /取顯示數(shù)據，段碼 LATCH1=1; /段鎖存 LATCH1=0; i+; if(i=Num) i=0;/*- 定時器初始化子程序-*/void Init_Timer0(void) TMOD |=

16、 0x01; /使用模式1，16位定時器，使用"|"符號可以在使用多個定時器時不受影響 /TH0=0x00; /給定初值 /TL0=0x00; EA=1; /總中斷打開 ET0=1; /定時器中斷打開 TR0=1; /定時器開關打開 PT0=1; /優(yōu)先級打開/*- 定時器中斷子程序-*/void Timer0_isr(void) interrupt 1 static unsigned char times,i; TH0=(65536-1000)/256; /重新賦值 1ms TL0=(65536-1000)%256; Display(0,8); if(!StopFlag)

17、 if(times=(20-Speed)/最大值18，所以最小間隔值20-18=2 times=0; switch(i) case 0:Coil_A1;i+;break;case 1:Coil_B1;i+;break;case 2:Coil_C1;i+;break;case 3:Coil_D1;i+;break;case 4:i=0;break; default:break; times+; /*-按鍵掃描函數(shù)，返回掃描鍵值-*/unsigned char KeyScan(void) unsigned char keyvalue; if(KeyPort!=0xff) DelayMs(10); if(KeyPort!=0xff) keyvalue=KeyPort; while(KeyPort!=0xff);switch(keyvalue) case 0xfe:return 1;break; case 0xfd:return 2;break; case 0xfb:return 3;break; case 0xf7:return 4;break; case 0xef:return 5;break; case 0xdf:return 6;break; case 0xbf:r