基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展和對(duì)高精度控制的要求，步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)化控制中扮演著 越來(lái)越重要的角色，區(qū)別于普通的直流電機(jī)和交流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn) 動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。步進(jìn)電機(jī)作為控制執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵組成之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)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(hào)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)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。 本系統(tǒng)介紹了一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括了硬件設(shè)計(jì)和

2、軟件 設(shè)計(jì)兩部分。其中，硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤控制模塊、LCD顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、位置檢測(cè)模塊共5個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編寫，包括主程序、數(shù)字鍵處理程序、功能鍵處理程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)處理程序、顯示模塊、位置采集模塊。本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為主控制器，4*4矩陣鍵盤作為輸入，LCD1602液晶作為顯示，ULN2003A芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。系統(tǒng)具有良好的操作界面，鍵盤輸入步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行距離；步進(jìn)電機(jī)能以不同的速度運(yùn)行，可以在不超過最大轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確運(yùn)行到任意設(shè)定的位置，可調(diào)性較強(qiáng)；顯示設(shè)定的運(yùn)行距離和實(shí)際運(yùn)行距離；方便操作者使用。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 步進(jìn)電機(jī) 液晶

3、顯示 鍵盤 驅(qū)動(dòng) Design of the Stepping Motor Control System Based on SCMQiuHaizhao(College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China) Abstract:With the development of automatic control system and the requirements of high-precision control, stepping motor control in automat

4、ion is playing an increasingly important role, different from the common DC and AC motor, stepper motor rotation angle and rotational speed can be high-precision controlled. Stepper motor as a control actuator is a key component of mechanical and electrical integration, widely used in a variety of a

5、utomated control systems and precision machinery and other fields. Stepper motor is the open-loop control components changing electric pulse signals into angular displacement or linear displacement .In the case of non-overloaded, the motor speed, stop position depends only on the pulse frequency and

6、 pulse number, regardless of load changes, that is, to add a pulse motor, the motor is turned a step angle. This system introduces a design of stepper motor control system based on single chip microcomputer, including hardware design and software design in two parts. Among them, the hardware design,

7、 including single chip minimal system, keyboard control module, LCD display module, the stepper motor drive module, position detection module five functional modules. System software design using C language, including the main program, process number keys, the key of function processes,motor driver

8、handler, the display module, position acquisition module. This design uses STC89C52 microcontroller as the main controller, 4 * 4 matrix keyboard as an input, LCD1602 LCD as a display, ULN2003A chip as stepper motor driver. System has a good user interface, keyboard input stepper motor running dista

9、nce; Stepper motor can run at different speed, and run to any given position accurately in any speed without exceeding the maximum speed, with a strong adjustable ; Display the runningdistance and the actual runningdistance, which is more convenient for the operator to use. Key words: SCM stepper LC

10、D keyboard driver27 / 33目 錄1 前言11.1 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展11.2 設(shè)計(jì)要求12 系統(tǒng)方案分析與選擇論證12.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇12.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇22.3 顯示方案的選擇32.3 鍵盤方案的選擇32.3 步進(jìn)電機(jī)位置檢測(cè)方案的選擇32.4 整體方案43 主要芯片介紹與硬件電路設(shè)計(jì)43.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊43.1.1 單片機(jī)介紹43.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)53.2 鍵盤電路設(shè)計(jì)63.3 顯示模塊73.3.1 LCD1602介紹73.3.2 LCD1602電路圖73.4 驅(qū)動(dòng)模塊83.4.1 ULN2003A介紹83.4.2 驅(qū)動(dòng)電路圖93.5 位置檢

11、測(cè)模塊93.5.1 A3144E介紹93.5.2 位置檢測(cè)電路圖114 程序設(shè)計(jì)114.1 主程序114.2 數(shù)字鍵處理程序124.3 功能鍵處理程序135 結(jié)論14參考文獻(xiàn)15附錄16致27華南農(nóng)業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表1 前言1.1 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年由英國(guó)人所開發(fā)。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，這對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易（輝等，2010）。步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，且其輸出轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速與輸入脈沖個(gè)數(shù)、頻率有著嚴(yán)格的同步關(guān)系。步進(jìn)電機(jī)由于其本身的特點(diǎn)，在具體的應(yīng)

12、用中有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本。因而，廣泛地應(yīng)用在眾多的領(lǐng)域中并得以不斷的發(fā)展。雖然步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)控元件，易于同數(shù)字電路接口。但是，一般數(shù)字電路的信號(hào)能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，必須有一個(gè)與之匹配的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)本體和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路兩者密不可分地組成步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。多年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)尤其是其中的驅(qū)動(dòng)電路部分也不斷地發(fā)展，國(guó)外圍繞步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路做了大量的研究與開發(fā)。本次設(shè)計(jì)采用的是四相步進(jìn)電機(jī)，通過軟硬件的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、精確定位、變速等功能，并且用LCD顯示出步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)

13、和設(shè)定的參數(shù)。主要通過三大塊來(lái)設(shè)計(jì)，包括驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，顯示部分，按鍵部分的設(shè)計(jì)。1.2 設(shè)計(jì)要求 本次設(shè)計(jì)任務(wù)要完成的功能是：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的開啟與停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、精確定位、變速等功能，并且通過按鍵來(lái)輸入運(yùn)行參數(shù)，液晶顯示一些參數(shù)。 1. 按鍵設(shè)置步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行距離； 2. 液晶顯示步進(jìn)電機(jī)設(shè)置的運(yùn)行距離和實(shí)際運(yùn)行距離； 3. 啟動(dòng)時(shí)步進(jìn)電機(jī)速度由慢到快，停止時(shí)電機(jī)速度由快到慢；4. 當(dāng)實(shí)際運(yùn)行距離與設(shè)置的運(yùn)行距離相等時(shí)，精確停止。2 系統(tǒng)方案分析與選擇論證2.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇在進(jìn)行其他模塊設(shè)計(jì)前，應(yīng)先選擇合適的電機(jī)?？紤]到此次設(shè)計(jì)只是簡(jiǎn)單地控制步進(jìn)電機(jī)的速度、正反轉(zhuǎn)、位置定位等，而并沒有涉與

14、使用步進(jìn)電機(jī)拖到負(fù)載，因此諸如靜力矩和動(dòng)力矩、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、力矩負(fù)載、慣性負(fù)載這些因素就不需要考慮了，所以最終選擇了市場(chǎng)上價(jià)格相對(duì)較為便宜而又比較常見的28BYJ48型四相五線制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)物圖如圖1所示。圖1 28BYJ48型四相五線制步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示 表1 28BYJ48步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)電機(jī)型號(hào)電壓V相數(shù)相電阻+10%步距角度減速比起動(dòng)轉(zhuǎn)矩100P.P.S g.cm起動(dòng)頻率定位 轉(zhuǎn)矩 g.cm28BYJ48-031243005.625/541:643005503002.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案的選擇方案一：使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī) 通過使用不同的放大電路和不同參

15、數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的效果，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對(duì)四路信號(hào)分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來(lái)會(huì)不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。方案二：使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī) L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。但是芯片的價(jià)格相對(duì)較高，本設(shè)計(jì)只是簡(jiǎn)單的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。方案三：利用ULN2003A來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) ULN2003A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

16、高、工作電壓高、溫度圍寬、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)。ULN2003A由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以與鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。 通過比較，使用ULN2003A芯片可以充分發(fā)揮它的功能，能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，而且價(jià)12 格不高，故選用ULN2003A驅(qū)動(dòng)電機(jī)。ULN2003A芯片成本比較低，又實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計(jì)的所有要求。方案三比較合適此次設(shè)計(jì)。2.3 顯示方案的選擇方案一：采用LED數(shù)碼管顯示電機(jī)的設(shè)定距離以與實(shí)際運(yùn)行的距離。在本系統(tǒng)中需要用到6只LED數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示才可以達(dá)到要求。采用LED的優(yōu)點(diǎn)是

17、亮度高，醒目，價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)；缺點(diǎn)是只能顯示09的數(shù)字和一些簡(jiǎn)單的字符，電路復(fù)雜，占用資源較多且信息量小。方案二：用LCD（RT1602C）液晶顯示，其優(yōu)點(diǎn)是能顯示更多的字符，工作電流比LED 小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，故其功耗低，且有著良好的人機(jī)界面，體積小，功耗極低?；谏鲜隹紤]，所以本系統(tǒng)選擇方案二。2.3 鍵盤方案的選擇方案一：采用獨(dú)立式鍵盤，每個(gè)按鍵占用一條I/O線，當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口利 用率不高，但程序編制簡(jiǎn)單，適用于所需按鍵較少的場(chǎng)合。 方案二：采用矩陣式鍵盤，電路連接復(fù)雜，但提高了I/O口利用率，軟件編程較復(fù)雜， 適用于需使用大量按鍵的場(chǎng)合。 由于本設(shè)計(jì)要求用戶擴(kuò)展的鍵盤按鍵有數(shù)

18、字鍵0-9和功能鍵等共16個(gè)，因此鍵盤電路采用獨(dú)立式鍵盤將會(huì)占用很多的I/O線，所以采用獨(dú)立式鍵盤不實(shí)用，故采用4*4矩陣式鍵盤。2.3 步進(jìn)電機(jī)位置檢測(cè)方案的選擇方案一：紅外檢測(cè)，傳輸要求比較嚴(yán)苛，必須要對(duì)準(zhǔn)方向，且中間不能有障礙物，限制較多，性能也比較差。 方案二：霍爾傳感器，體積小，重量輕，精度高，線性度好，動(dòng)態(tài)性能好，過載能力強(qiáng)，還可以通過使用多塊磁鋼來(lái)倍頻，以增加測(cè)量的精度，并且還有電路簡(jiǎn)單，易處理等優(yōu)點(diǎn)。基于上述考慮，所以本系統(tǒng)選擇方案二。2.4 整體方案本系統(tǒng)先通過矩陣鍵盤設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行距離，單片機(jī)采集鍵盤指令，給出相應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)，然后通過霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)的實(shí)

19、際運(yùn)行距離，并且通過液晶顯示器來(lái)顯示所設(shè)定的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行距離和實(shí)際運(yùn)行距離，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行距離大于等于設(shè)定的運(yùn)行距離時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止工作。結(jié)合以上各部分方案的對(duì)比，系統(tǒng)的整體方案方框圖如圖2所示。鍵盤控制時(shí)鐘電路單片機(jī)LCD1602步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)位置檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)圖2 整體方案設(shè)計(jì)方框圖3 主要芯片介紹與硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊3.1.1單片機(jī)介紹STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位

20、CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口（王衛(wèi)星，2009）。另外STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停

21、止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。其引腳圖如圖3所示。圖3 STC89C52引腳圖3.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)控制模塊由STC89C52最小系統(tǒng)組成，包括STC89C52單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。晶振電路由兩個(gè)30pF左右電容和一個(gè)12MHz晶體振蕩器構(gòu)成，接入單片機(jī)的X1、X2引腳。單片機(jī)復(fù)位端高電平有效。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖4所示。圖4 單片機(jī)最小系統(tǒng) 3.2鍵盤電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用了4*4矩陣式鍵盤也稱行列式鍵盤，它由行和列組成，在每一個(gè)行列的交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵，這樣一個(gè)8位的控制端口（P1口）就可以實(shí)現(xiàn)，比獨(dú)立式鍵盤節(jié)省了一半端口。其電路原

22、理圖如圖5所示。圖5 鍵盤電路鍵盤對(duì)應(yīng)的按鍵功能如表2。表2 按鍵功能行列號(hào)第一列第二列第三列第四列第一行E正轉(zhuǎn)987第二行D反轉(zhuǎn)654第三行C加速321第四行B減速F停止0A開始3.3 顯示模塊3.3.1 LCD1602介紹1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊（胡學(xué)海，2005）。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。LCD1602是指顯示的容為16X

23、2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字），LCD1602已經(jīng)很普遍了，具體的就不再介紹了。其引腳圖如圖6所示。VSSVCCV0RSRWEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BLADBK12345678910111213141516圖6 LCD1602引腳圖3.3.2 LCD1602電路圖本系統(tǒng)采用1602字符型液晶顯示模塊來(lái)顯示設(shè)定的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行距離與步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行距離。LCD1602與單片機(jī)的接線如圖5所示。LCD1602的控制端口RS、R/W、E分別與單片機(jī)的 P3.3、P3.6、P3.7相連，LCD的八個(gè)數(shù)據(jù)引腳分別與單片機(jī)的P0端口八個(gè)引腳相連，由

24、于單片機(jī)P0端口沒有部上拉電阻，所以當(dāng)其作為輸出端口時(shí)，必須外加上拉電阻，并且通過把LCD1602與一個(gè)電位器連接來(lái)控制LCD1602的顯示亮度。其電路圖如圖7所示。圖7 LCD1602電路3.4 驅(qū)動(dòng)模塊3.4.1 ULN2003A介紹本系統(tǒng)采用額定電壓為5VDC，相數(shù)為4相的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)方式為4相8拍。一共有5跟線連接，其中紅色的為電源線。采用單極性直流電源供電。只要對(duì)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(dòng)。由于單片機(jī)P口輸出的電流比較弱不能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所以要加一個(gè)ULN2003A芯片來(lái)放大電流使之能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作（仁定，1999）。 ULN2003A部結(jié)構(gòu)與等效

25、電路圖如圖8所示：圖8 ULN2003A部框圖與等效電路圖3.4.2 驅(qū)動(dòng)電路圖把STC89C52的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口分別與ULN2004芯片的輸入端IN1，IN2，IN3，IN4接口連接，P2口通過軟件實(shí)現(xiàn)高低電平的依次轉(zhuǎn)換，然后再把P2口的電平信號(hào)通過ULN2003芯片放大后再把放大后的信號(hào)通過OUT1，OUT2，OUT3，OUT4一次接到步進(jìn)電機(jī)的ABCD四相。驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)連接電路圖如圖9所示。圖9 驅(qū)動(dòng)電路3.5 位置檢測(cè)模塊本設(shè)計(jì)需要測(cè)量步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行的距離，采用了A3144E霍爾元件來(lái)測(cè)量。3.5.1 A3144E介紹霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理制成的一

26、種磁敏傳感器。它是近年來(lái)為適應(yīng)信息采 集的需要而迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感器，這類傳感器具有工作頻帶寬、響應(yīng)快、面積小、靈敏度高、便于集成化、多功能等特點(diǎn)，且易于計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字儀表接口，因此被廣泛用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)控制、信息傳遞、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，此處主要介紹開關(guān)型霍爾傳感器。 開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器A、硅霍爾片B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC 門輸出E五部分組成，如圖16所示，從輸入端1輸入電壓Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器A穩(wěn)壓后加在 18 硅霍爾片B的兩端，以提供恒定不變的工作電流。在垂直于霍爾片的感應(yīng)面方向施加磁 場(chǎng)，產(chǎn)生霍爾電勢(shì)Vw，該n信號(hào)經(jīng)差分放大器C放大后送至施密特觸發(fā)

27、器D整形。當(dāng)磁場(chǎng)到達(dá)“工作點(diǎn)”時(shí)，觸發(fā)器D輸出低電壓，此狀態(tài)稱為“開”。當(dāng)施加的磁場(chǎng)到達(dá)“釋 放點(diǎn)”時(shí)，觸發(fā)器D輸出低電壓，使三極管E截止，輸出端V，輸出高電位，此狀態(tài)稱為“關(guān)”。這樣2次高低電位變換，使霍爾傳感器完成了1次開關(guān)動(dòng)作。開關(guān)型霍爾傳感器功能方框圖與其輸出電壓與外加磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系如圖10和11所示。ABDC123GNDEVCCV0圖10 霍爾傳感器功能方框圖工作點(diǎn)釋放點(diǎn)VOHV0BVRPVOPVOL圖11 輸出電壓與外加磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系3.5.2 位置檢測(cè)電路圖位置檢測(cè)電路是由開關(guān)型霍爾傳感器和磁鋼組成，其中霍爾元件與單片機(jī)的連接電路圖如圖12所示。圖12 位置檢測(cè)電路4 程序設(shè)計(jì)4

28、.1 主程序單片機(jī)開始工作時(shí)首先要對(duì)系統(tǒng)初始化，且LCD1602也要進(jìn)行初始化，對(duì)各標(biāo)志位、各變量進(jìn)行初始化，對(duì)各端口初始化等。初始化后系統(tǒng)進(jìn)入LCD顯示主界面，然后系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)部分，進(jìn)入循環(huán)部分后單片機(jī)會(huì)不斷檢測(cè)是否有鍵按下，如果沒有則繼續(xù)檢測(cè)，如果檢測(cè)到有任意鍵按下，則進(jìn)入相應(yīng)的按鍵子程序，而且本系統(tǒng)還會(huì)不斷的檢測(cè)單片機(jī)與霍爾傳感器連接的端口是否為低電平，如果不是則繼續(xù)檢測(cè)，如果是則進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行距離的計(jì)算。流程圖如圖13所示。實(shí)際距離大于等于設(shè)定距離？系統(tǒng)初始化主界面有數(shù)字鍵按下？相應(yīng)數(shù)字按鍵子程序P3.5端口脈沖為0？有功能鍵按下？相應(yīng)功能按鍵子程序計(jì)算實(shí)際運(yùn)行距離是否否否否是是是結(jié)束有

29、功能鍵按下？相應(yīng)功能按鍵子程序是否開始圖13 主程序流程圖4.2 數(shù)字鍵處理程序當(dāng)按下數(shù)字鍵值，系統(tǒng)就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)字按鍵子程序，本程序就是把將相應(yīng)設(shè)定的距離變量左移一位，并將這個(gè)數(shù)字值存入設(shè)定的距離變量的個(gè)位。得到的流程圖如圖14所示：程序入口數(shù)字鍵按下？設(shè)定運(yùn)行距離變量左移一位，數(shù)字值存入個(gè)位返回是否圖14 數(shù)字鍵處理程序流程圖4.3 功能鍵處理程序當(dāng)功能鍵按下時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的功能按建子程序，則系統(tǒng)功能鍵相對(duì)應(yīng)的功能就會(huì)得到實(shí)現(xiàn)，而本系統(tǒng)功能鍵包括開始、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速。得到的流程圖如圖15所示。程序入口功能鍵按下？執(zhí)行相應(yīng)功能返回是否圖15 功能建處理程序流程圖5 結(jié)論

30、本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，由于一開始對(duì)步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)知識(shí)并不是 很了解，出現(xiàn)了失步和堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，通過查找資料，知道這是啟動(dòng)頻率過高所導(dǎo)致的，查找所買步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)資料，并且通過調(diào)試，得到合適的啟動(dòng)速度，并且通過加速達(dá) 到所設(shè)置的速度，通過理論計(jì)算編程實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的精確定位。 本次設(shè)計(jì)通過4*4矩陣鍵盤作為輸入設(shè)備，能根據(jù)操作者的意愿，決定步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的快慢，步進(jìn)電機(jī)可以在不超過其最高運(yùn)行速度以幾個(gè)檔位的速度運(yùn)行，并且在設(shè)置的距離精確定位；本系統(tǒng)可以顯示設(shè)定的距離，也可以用霍爾傳感器檢測(cè)實(shí)際距離并加以顯示，方便了與所設(shè)置距離進(jìn)行對(duì)比。本設(shè)計(jì)達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期要求，是比較理想的步進(jìn)電機(jī)控制方

31、案。 參考文獻(xiàn)胡學(xué)海. 單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. ：電子工業(yè). 2005：290-293.仁定.電機(jī)的微機(jī)控制M.：機(jī)械工業(yè).1999：55-74.王衛(wèi)星.單片機(jī)原理與應(yīng)用開發(fā)技術(shù)M.：中國(guó)水利水電.2009：92-220.輝，唐勇.步進(jìn)電機(jī)發(fā)展回顧與前景展望J. 三峽學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，26(125)：110-111.附錄附錄A電路原理圖附錄B源程序代碼#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#define uint unsigned int /宏定義，為了后面定義變量書寫簡(jiǎn)便#defin

32、e uchar unsigned charsbit lcdrs=P33;/定義端口sbit lcdrw=P36;sbit lcden=P37;sbit ceju=P35;bit flag=0;/ 正反標(biāo)識(shí)uchar code table=0X0E,0X06,0X07,0X03,0X0B,0X09,0X0D,0X0C,0X0E,0X0C,0X0D,0X09,0X0B,0X03,0X07,0X06;/驅(qū)動(dòng)輸出表uchar code table1="set distance"uchar code table2="run distance"uchar num=0

33、; uchar speed=0;uchar table_begin = 0;uchar dat='0',' ',' ',;/存放數(shù)子串值uchar s=' ',' ',' ',;uchar c='0','0','0',;uchar rdat;/按鍵次數(shù)uchar dk;uchar j=0;uchar maichong=0;float juli;int rl ,sl;uchar temp=1;void duankou();void delay(uint

34、z);void write_(uchar );void write_data(uchar dat);void lcd1602_init();void kbscan(void);void keycl(uchar keyvol);void left(uchar rx,uchar date);void dispose();void qudong();void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);void write_(uchar ) lcdrs=0;lcdrw=0;P0=;delay(5);lcden=1;dela

35、y(5);lcden=0;void write_data(uchar dat)lcdrs=1;lcdrw=0;P0=dat;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;void lcd1602_init()lcden=0;write_(0x38);/顯示模式設(shè)置write_(0x0c);/顯示開與光標(biāo)設(shè)置write_(0x06);/顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置write_(0x01);/顯示清屏void kbscan(void)/鍵盤掃描函數(shù) uchar line,row; P1=0xf0; if(P1&0xf0)!=0xf0) delay(5); if(P1&0x

36、f0)!=0xf0) row=0xfe; while(row&0x10)!=0) P1=row; if(P1&0xf0)!=0xf0) line=(P1&0XF0)|0X0F); keycl(row&line);/進(jìn)入處理 else row=(row<<1)|0x01; /鍵值處理函數(shù)void keycl(uchar keyvol) uchar k; delay(400); switch(keyvol) case 0xeb: rdat+;k='1'srdat-1=k;left( rdat,k); break;/1 case 0xdb:

37、 rdat+;k='2'srdat-1=k;left( rdat,k); break;/2 case 0xbb: rdat+;k='3'srdat-1=k;left( rdat,k); break;/3 case 0xed: rdat+;k='4'srdat-1=k;left( rdat,k); break;/4 case 0xdd: rdat+;k='5'srdat-1=k;left( rdat,k); break;/5 case 0xbd: rdat+;k='6'srdat-1=k;left( rdat,k);

38、 break;/6 case 0xee: rdat+;k='7'srdat-1=k;left( rdat,k); break;/7 case 0xde: rdat+;k='8'srdat-1=k;left( rdat,k); break;/8 case 0xbe: rdat+;k='9'srdat-1=k;left( rdat,k); break;/9 case 0xd7: rdat+;k='0'srdat-1=k;left( rdat,k); break;/0 case 0xe7: k='A' ;break;/開

39、始 case 0x77: k='E'break;/正轉(zhuǎn) case 0x7b: k='D'break;/反轉(zhuǎn) case 0x7d: k='C'break;/加速 case 0x7e: k='B'break;/減速 case 0xb7: k='F'break;/停止 if(k='A') dk=1; if(k='B') flag=0;if(k='C') flag=1;if(k='D') delay(5);num+;if(num=5)num=4;if(k='E') if(num!=0)num-;elsenum=0;if(k='F') dk=0;/移位函數(shù)void left(uchar rx,uchar date) switch(rx) case 1:dat0=d