基于單片機(jī)AT89S52控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)

1、第一章 系統(tǒng)分析. 11.1框圖設(shè)計(jì). 21.2晶振電路. 2第一章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì). . 32.1 硬件連接圖. . 32.2 按鍵功能. 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.3單片機(jī) AT89S52. . 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.4 驅(qū)動(dòng)電路. . 42.5步進(jìn)電機(jī). .7第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì). . 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(xiàn). 17致謝.18摘要能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)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(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷深入 同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制

2、檢測(cè)日新月異更新。本文介紹一種用AT89S52 作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號(hào)產(chǎn)生的單片機(jī)技術(shù)和匯編語(yǔ)言編程設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī) 背景與現(xiàn)狀、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及其仿真都做了詳細(xì)的介紹，使我們不僅對(duì)步進(jìn)電 機(jī)的原理有了深入的了解，也對(duì)單片機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程有了更加深刻的體會(huì)。本控制 系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，通過(guò)人為按動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)關(guān)，復(fù)位。該系統(tǒng)還增加 了步進(jìn)電機(jī)的加速及減速功能。具有靈活方便、適用范圍廣的特點(diǎn)，基本能夠滿足實(shí) 踐需求。關(guān)鍵詞：AT89S52 步進(jìn)電機(jī) ULN2003第一章系統(tǒng)分析1.1 框圖設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)要求畫(huà)出基于 AT89S52 單片機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)的控制框圖

3、如圖 2-1 所示圖 2-1 基于 AT89C52 單片機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)的控制框圖系統(tǒng)主要包括單片機(jī)、復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路幾部分1.2 晶振電路AT89C52 單片機(jī)有一個(gè)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(lái)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(yùn)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(jì)2.1 硬件連接圖根據(jù)圖 2-1,可以設(shè)計(jì)出單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)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(gè)功能鍵，K1、K2 和 K3 按鍵開(kāi)關(guān)分別接在單片機(jī)的 P2.0P2.2 引腳 上，用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，作為控制信號(hào)的輸入端鍵。按K1 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正傳；按 K2 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；按 K3 時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2.3 單片機(jī)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(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(jī)產(chǎn)品兼容8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器1000 次擦寫(xiě)周期全靜態(tài)操作：0Hz33MHz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器32 個(gè)可編程 I/O 口線三個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器圖 2-2 At89C52 引腳圖圖 2-3ULN20032.4 驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)的輸出電流太小，不能直接與步進(jìn)電機(jī)相連，需要增加驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)于電 流小于0.5A 的步進(jìn)電機(jī)，可以采用 ULN2003 類的驅(qū)動(dòng) 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(dòng)器引腳圖，圖 3-3 左側(cè) 17 引腳為輸入端，接單片機(jī) P1 口的輸出端，引腳 8 接地；右側(cè) 1016 引腳為輸出端，接步進(jìn)電 機(jī)，弓 I 腳 9 接電源+5V，該驅(qū)動(dòng)器可提供最高 0.5A 的電流。ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(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)

7、 承受 50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)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(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅(qū)動(dòng)電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓 =5V,適用于TTL COMS 由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。ULN 是集成達(dá)林頓管 IC,內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，它的輸出端允許通過(guò)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(fù)載可根據(jù)以上 參數(shù)估算。采用集電極開(kāi)路輸出，輸出電流

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

9、。該電路的特點(diǎn)如下：ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K 的基極電阻,在 5V 的工作電壓下它能與 TTL 和 CMO 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 是高壓大電流達(dá)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(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)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(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)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(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脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 7 腳信號(hào)輸入端。引腳 11脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)6 腳信號(hào)輸入端。引腳 12脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)5 腳信號(hào)輸入端。引腳 13脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 4 腳信號(hào)輸入端。引腳 14脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 3 腳信號(hào)輸入端。引腳 15脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 2 腳信號(hào)輸入端。引腳 16脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)

11、1 腳信號(hào)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(jìn)電機(jī)2.5.1 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)：1） 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3-5%，且不累積。2） 步進(jìn)電機(jī)外表允許的溫度高。步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)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(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有 的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 80-90 度完全正常。3）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電 感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大

12、。在它的作用下，電機(jī)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(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。步 進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng) 的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。 在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng) 該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?.5.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理：步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī)，其機(jī)械 位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖

13、個(gè)數(shù)和脈沖頻率成正比，每一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向 轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的。 可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控 制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。本次設(shè)計(jì)采用的電機(jī) STEPPER-MOT 型號(hào)步進(jìn)電機(jī)，如圖 2.5.2圖2.5.2 STEPPER-MOTO 型號(hào)步進(jìn)電機(jī)第三章軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件流程圖程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 4-1 所示，主

14、要包括鍵盤掃描模塊、步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)模塊、步進(jìn) 電機(jī)反轉(zhuǎn)模塊和步進(jìn)電機(jī)定時(shí)模塊。圖 4-1 程序設(shè)計(jì)流程圖3.2 激磁方式二相步進(jìn)馬達(dá)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(gè)脈波，便產(chǎn)生一步級(jí)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(dá)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；若依B- A- B- A- B 相順序激磁，則馬達(dá)依逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。此種激磁方式之優(yōu)點(diǎn)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(gè)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(dá)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)：若依BA- A4 BA- A4 BA相順序激磁，則馬達(dá)轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?。此種激磁方式由于同時(shí)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(diǎn)為耗電較大，容易發(fā)熱。1 相激磁與 2 相激磁兩種方式，說(shuō)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(jìn)行， 每加入一數(shù)字脈波 所轉(zhuǎn)動(dòng)之角度為原步進(jìn)角的一半，因此分辨率可提高一倍，且運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(jìn)馬達(dá)采用 1-2 相激磁方式之時(shí)序圖，

16、由圖 中可知，若依照 LA444BALAB相的順序激磁，則步進(jìn)馬達(dá)將以順時(shí)針?lè)较蛐D(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(shí)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(jìn) voidretur(void)步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)主函數(shù)*/附件 B 仿真結(jié)果按下 k3 鍵，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)按下 k1 鍵，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)按下 k2 鍵，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)參考文獻(xiàn)1 李全利，單片機(jī)原理及接口技術(shù)。高等教育出版社，20032 王曉明，電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制。北京航空航天大學(xué)出版社，20023 曾一江，單片機(jī)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京：北京航空航天大學(xué)出