基于單片機AT89S52控制步進電機正反轉(zhuǎn)

1、第一章 系統(tǒng)分析. 11.1框圖設(shè)計. 21.2晶振電路. 2第一章 硬件系統(tǒng)設(shè)計. . 32.1 硬件連接圖. . 32.2 按鍵功能. 錯誤！未定義書簽。2.3單片機 AT89S52. . 錯誤！未定義書簽。2.4 驅(qū)動電路. . 42.5步進電機. .7第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計. . 93.1 軟件流程圖. . 93.2 激磁方式. 10附錄. 12附件 A 源程序. .12附件 B 仿真結(jié)果. 15參考文獻. 17致謝.18摘要能夠?qū)崿F(xiàn)步進電機控制的方式有多種，可以采用前期的模擬電路、數(shù)字電路或模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的方式。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機的應(yīng)用正在不斷深入 同時帶動傳統(tǒng)控制

2、檢測日新月異更新。本文介紹一種用AT89S52 作為核心部件進行邏輯控制及信號產(chǎn)生的單片機技術(shù)和匯編語言編程設(shè)計的步進電機控制系統(tǒng)，步進電機 背景與現(xiàn)狀、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計及其仿真都做了詳細的介紹，使我們不僅對步進電 機的原理有了深入的了解，也對單片機的設(shè)計研發(fā)過程有了更加深刻的體會。本控制 系統(tǒng)采用單片機控制，通過人為按動開關(guān)實現(xiàn)步進電機的開關(guān)，復(fù)位。該系統(tǒng)還增加 了步進電機的加速及減速功能。具有靈活方便、適用范圍廣的特點，基本能夠滿足實 踐需求。關(guān)鍵詞：AT89S52 步進電機 ULN2003第一章系統(tǒng)分析1.1 框圖設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)要求畫出基于 AT89S52 單片機的控制步進電機的控制框圖

3、如圖 2-1 所示圖 2-1 基于 AT89C52 單片機的控制步進電機的控制框圖系統(tǒng)主要包括單片機、復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路、步進電機及驅(qū)動電路幾部分1.2 晶振電路AT89C52 單片機有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的反相放大器，XTAL1 和 XTAL2 分別是放大器的輸入、輸出端。石英晶體和陶瓷諧振器都可以用來一起構(gòu)成自激振蕩器。晶振模塊自帶振蕩器、提供低阻方波輸出，并且能夠在一定條件下保證運行。最 常用的兩種類型是晶振模塊和集成 RC 振蕩器（硅振蕩器）。晶振模塊提供與分立晶振 相同的精度。硅振蕩器的精度要比分立 RC 振蕩器高，多數(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振 槽路相當(dāng)?shù)木?。圖 2-2

4、 為晶振電路。圖 2-2 晶振電路第二章系統(tǒng)設(shè)計2.1 硬件連接圖根據(jù)圖 2-1,可以設(shè)計出單片機控制步進電機的硬件電路圖，如圖3-1 所示。圖 3-1 硬件連接圖2.2 按鍵功能按鍵采用 3 個功能鍵，K1、K2 和 K3 按鍵開關(guān)分別接在單片機的 P2.0P2.2 引腳 上，用來控制步進電機的轉(zhuǎn)向，作為控制信號的輸入端鍵。按K1 時，步進電機正傳；按 K2 時，步進電機反轉(zhuǎn)；按 K3 時，步進電機停止轉(zhuǎn)動。2.3 單片機At89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80

5、C51 產(chǎn)品指令 和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。At89C52 主要技術(shù)參數(shù)如下：與 MCS-51 單片機產(chǎn)品兼容8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器1000 次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz33MHz三級加密程序存儲器32 個可編程 I/O 口線三個 16 位定時器/計數(shù)器圖 2-2 At89C52 引腳圖圖 2-3ULN20032.4 驅(qū)動電路單片機的輸出電流太小，不能直接與步進電機相連，需要增加驅(qū)動電路。對于電 流小于0.5A 的步進電機，可以采用 ULN2003 類的驅(qū)動 ICULN2003 技術(shù)參數(shù)如下所示。最大輸出電壓：50Vo

6、最大連續(xù)輸出電流：0.5Ao最大連續(xù)輸入電流：25mAo功耗：1Wo如圖 2-4 所示為 2001/2002/2003/2004 系列驅(qū)動器引腳圖，圖 3-3 左側(cè) 17 引腳為輸入端，接單片機 P1 口的輸出端，引腳 8 接地；右側(cè) 1016 引腳為輸出端，接步進電 機，弓 I 腳 9 接電源+5V，該驅(qū)動器可提供最高 0.5A 的電流。ULN2003 的每一對達林頓都串聯(lián)一個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)準邏輯緩沖器來處理 的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達 500mA 并且能夠在關(guān)態(tài)時

7、 承受 50V的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。ULN2003 采用 DIP 16 或 SO 16 塑料封裝。方框圖方框圖封裝外形圖ULN2003 內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅(qū)動繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅(qū)動電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓 =5V,適用于TTL COMS 由達林頓管組成驅(qū)動電路。ULN 是集成達林頓管 IC,內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，它的輸出端允許通過電流為200mA 飽和壓降 VCE 約 1V 左右， 耐壓 BVCEO 約為 36Vo用戶輸出口的外接負載可根據(jù)以上 參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流

8、大，故可直接驅(qū)動繼電器或固體繼電 器，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。通常單片機驅(qū)動ULN2003 時，上拉 2K 的電阻較為合適，同時，COM 引腳應(yīng)該懸空或接電源。作用：ULN2003 是一個非門電路，包含 7 個單元，單獨每個單元驅(qū)動電流最 大可達350mA 9 腳可以懸空。比如 1 腳輸入，16 腳輸出，你的負載接在VCC 與 16 腳之間，不用 9 腳。ULN2003 是大電流驅(qū)動陣列,多用于單片機、智能儀表、PLC 數(shù)字量輸出卡等控制電路中。可直接驅(qū)動繼電器等負載。輸入 5VTTL 電平，輸出可達 500mA/50V。ULN2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅 NPN 達林頓管組成

9、。該電路的特點如下：ULN2003 的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻,在 5V 的工作電壓下它能與 TTL 和 CMO 電路 直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準邏輯緩沖 器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。圖 2-4-1ULN2003 芯片引腳圖ULN2003 芯片引腳介紹引腳 1: CPU 脈沖輸入端，端口對應(yīng)一個信號輸出端。引腳 2: CPU 脈沖輸入端。引腳 3： CPU 脈沖輸入端。引腳 4: CPU 脈沖輸入端。引腳 5： CPU 脈沖輸入端。

10、引腳 6： CPU 脈沖輸入端。引腳 7： CPU 脈沖輸入端。引腳 8 接地。引腳 9:該腳是內(nèi)部 7 個續(xù)流二極管負極的公共端，各二極管的正極分別接 各達林頓管的集電極。用于感性負載時，該腳接負載電源正極，實現(xiàn) 續(xù)流作用。如果該腳接地，實際上就是達林頓管的集電極對地接通引腳 10脈沖信號輸出端，對應(yīng) 7 腳信號輸入端。引腳 11脈沖信號輸出端，對應(yīng)6 腳信號輸入端。引腳 12脈沖信號輸出端，對應(yīng)5 腳信號輸入端。引腳 13脈沖信號輸出端，對應(yīng) 4 腳信號輸入端。引腳 14脈沖信號輸出端，對應(yīng) 3 腳信號輸入端。引腳 15脈沖信號輸出端，對應(yīng) 2 腳信號輸入端。引腳 16脈沖信號輸出端，對應(yīng)

11、1 腳信號輸入端。參考電路接法如圖2-4-2圖 2-4-2 參考電路接法2.5 步進電機2.5.1 步進電機的特點：1） 一般步進電機的精度為步進角的 3-5%，且不累積。2） 步進電機外表允許的溫度高。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 130 度以上，有 的甚至高達攝氏 200 度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏 80-90 度完全正常。3）步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電 感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大

12、。在它的作用下，電機隨 頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4）步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。步 進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動 的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。 在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng) 該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。2.5.2 步進電機的工作原理：步進電機是一種用電脈沖進行控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相位移的電機，其機械 位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機繞組的脈沖

13、個數(shù)和脈沖頻率成正比，每一個脈沖信號可使步進電機旋轉(zhuǎn)一個固定的角度.脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定了 電機運轉(zhuǎn)的速度當(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。 可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；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。本次設(shè)計采用的電機 STEPPER-MOT 型號步進電機，如圖 2.5.2圖2.5.2 STEPPER-MOTO 型號步進電機第三章軟件設(shè)計3.1 軟件流程圖程序設(shè)計流程圖如圖 4-1 所示，主

14、要包括鍵盤掃描模塊、步進電機正轉(zhuǎn)模塊、步進 電機反轉(zhuǎn)模塊和步進電機定時模塊。圖 4-1 程序設(shè)計流程圖3.2 激磁方式二相步進馬達的激磁方式有下列兩種?全步激磁全步激磁方式又可分為1 相激磁每次只激磁一相線圈，每輸入一個脈波，便產(chǎn)生一步級的轉(zhuǎn)，如圖11 所示，由圖中可知，當(dāng)激磁依 L4LB-A 相順序，貝 U 馬達順時針方向旋轉(zhuǎn)；若依B- A- B- A- B 相順序激磁，則馬達依逆時針方向旋轉(zhuǎn)。此種激磁方式之優(yōu)點為 線圈消耗功率小，角精確度良好，但其轉(zhuǎn)距小，加上阻尼特性不良，易失步。?2 相激磁每輸入一個脈波，將有二相線圈激磁，如圖12 所示，由圖中可知，若依A4 BA- A4 BA- AB

15、相順序激磁，則馬達順時針方向旋轉(zhuǎn)：若依BA- A4 BA- A4 BA相順序激磁，則馬達轉(zhuǎn)向為逆時針方向。此種激磁方式由于同時有兩組線圈激磁，輸出轉(zhuǎn)距較大，加上阻尼效果良好，故能追蹤較高的脈波 率，但其缺點為耗電較大，容易發(fā)熱。1 相激磁與 2 相激磁兩種方式，說明如下輸入脈沖UJULUILL工_ lLe?4-2-1TA?|圖?？-2-2(2)半步激磁此種激磁方式又稱 1-2 相激磁，激磁一相線圈和二相線圈交互進行， 每加入一數(shù)字脈波 所轉(zhuǎn)動之角度為原步進角的一半，因此分辨率可提高一倍，且運轉(zhuǎn)時相當(dāng)平滑，故與 2相激磁方式同受廣泛使用。圖 13 為二相步進馬達采用 1-2 相激磁方式之時序圖，

16、由圖 中可知，若依照 LA444BALAB相的順序激磁，則步進馬達將以順時針方向旋轉(zhuǎn)；但如果依照 BAZAB4BAZAB4BA?H4_2_3附錄附件 A 源程序#in elude sbit pOO = POP;sbit p01 = POM;sbit p02 = P0A2;un sig ned char code Forward4=0 xFC,0 xF9,0 xF3,0 xF6; 正轉(zhuǎn)表格un sig ned char code Return8=0 xF7,0 xF3,0 xFB,0 xF9,0 xFD,0 xFC,0 xFE,0 xF6; 反轉(zhuǎn)表格void delay (un sig ned

17、int i) 延時while(-i);void turnfor(void) un sig ned char i;while(1)if(p00 = 0) delay(1000);if(p00 = 0) break;if(p01 = 0)if(p01 = 0)break;for(i = 0; i 4; i+)P1 = Forwardi; delay(2000);/*J 步進 voidretur(void)步進電機正轉(zhuǎn) P0 口的第三口,P0A2P0 口的第二口， P0A1un sig ned char i;while(1)if(pOO = 0)delay(IOOO); if(pOO = O)bre

18、ak;if(p02 = 0) delay(1000);if(p02 = 0)break;for(i = 0; i 8; i+)P1 = Returni; delay(2000);void stop(void)while(1)if(pO1 = 0)delay(IOOO);if(pO1 = 0)break;步進電機停止轉(zhuǎn)動P0 口的第一口,P0A0if(p02 = 0)if(p02 = 0)break;/*void Mai n(void)stop();while(1)if(p00 = 0)delay(1000);if(p00 = 0)stop();if(p01 = 0)delay(1000);if(p01 = 0)retur();if(p02 = 0)delay(1000);if(p02 = 0)turnfor();步進電機轉(zhuǎn)動主函數(shù)*/附件 B 仿真結(jié)果按下 k3 鍵，電動機停止轉(zhuǎn)動按下 k1 鍵，電動機正轉(zhuǎn)按下 k2 鍵，電動機反轉(zhuǎn)參考文獻1 李全利，單片機原理及接口技術(shù)。高等教育出版社，20032 王曉明，電動機的單片機控制。北京航空航天大學(xué)出版社，20023 曾一江，單片機原理與接口技術(shù)。北京：科學(xué)出版社， 20064 何立民，MCS -51 系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。北京：北京航空航天大學(xué)出