基于紅外遙控步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)

1、.1基于紅外遙控步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)班級(jí)：B140415摘要：隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展,步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，它廣泛用于打印機(jī)、電動(dòng)玩具等消費(fèi)類產(chǎn)品以及數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療器械等機(jī)電產(chǎn)品中，其在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。研究步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，對(duì)提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。步進(jìn)電機(jī)是一種能將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)控制器，功率放大器及步進(jìn)電機(jī)等組成。采用單片機(jī)控制，用軟件代替上述步進(jìn)控制器，使得線路簡(jiǎn)單，本錢低，可靠性大大增加。軟件編程可靈活產(chǎn)生不同類型步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁序列來(lái)控制各種步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式。介紹了一種基于AT89

2、C51單片機(jī)的紅外遙控步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì),系統(tǒng)分為紅外遙控編解碼、LCD顯示和驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)三個(gè)模塊,設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能通過(guò)遙控器來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，并且步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)能通過(guò)LCD液晶模塊實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，使人們直觀的看出步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。本報(bào)告對(duì)該系統(tǒng)的工作原理、硬件電路和軟件進(jìn)展了詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞：紅外遙控、LCD顯示、步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)一、引言本系統(tǒng)是基于單片機(jī)控制的綜合系統(tǒng)，單片機(jī)通過(guò)對(duì)紅外信號(hào)的解碼來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的變速及LCD實(shí)時(shí)顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。它綜合了電子技術(shù)和單片機(jī)軟硬件技術(shù)，本設(shè)計(jì)采用AT89c51單片機(jī)為核心包含紅外接收電路、LCD顯示電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)紅外遙控器發(fā)射不同的碼值來(lái)控

3、制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、加速減速以及啟動(dòng)停頓并通過(guò)LCD顯示出步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)。二、系統(tǒng)功能分析根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)各個(gè)模塊。本設(shè)計(jì)中控制芯片采用AT89c51單片機(jī)，各個(gè)功能通過(guò)不同模塊來(lái)得以實(shí)現(xiàn)，主要有：紅外接收模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和LCD顯示模塊。系統(tǒng)根本架構(gòu)原理如圖1所示圖一根本架構(gòu)原理圖各個(gè)模塊具體實(shí)現(xiàn)方式如下： 1. 紅外發(fā)射模塊：本設(shè)計(jì)采用的是通過(guò)遙控器發(fā)射不同的碼值，紅外接收電路將接收到得信號(hào)送給單片機(jī)的外部中斷0，單片機(jī)接收到信號(hào)后通過(guò)解碼程序?qū)邮盏降眯盘?hào)進(jìn)展處理，使得這些信號(hào)成為相應(yīng)的碼值。經(jīng)過(guò)處理后這些信號(hào)就可以去控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、加速減速以及啟動(dòng)停頓并在LCD上顯示出來(lái)。

4、遙控發(fā)射器采用士蘭半導(dǎo)體的TC9012編碼芯片進(jìn)展紅外遙控發(fā)射電路的搭建。TC9012是一塊用于紅外遙控系統(tǒng)中的專用發(fā)射集成電路，采用CMOS工藝制造。它可外接32個(gè)按鍵，其中有三組雙重按鍵。工作電壓在2。其編碼方式采用一幀碼中含有一個(gè)引導(dǎo)碼，16位的用戶碼和8位的鍵數(shù)據(jù)碼。鍵數(shù)據(jù)碼的反碼也同時(shí)被傳送，數(shù)據(jù)反碼的傳送可以大大減小系統(tǒng)的誤碼率。引導(dǎo)碼由一個(gè)9ms的載波波形和4.5ms的關(guān)斷時(shí)間構(gòu)成，編碼采用脈沖位置調(diào)制方式PPM。利用脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)區(qū)分“0和“1。具體的遙控發(fā)射應(yīng)用電路圖如圖2-1.圖2-2所示圖2-1TC9012構(gòu)造框圖圖2-2發(fā)射器構(gòu)造原理圖2. 紅外接收模塊：本系統(tǒng)采

5、用的接收模塊其核心是與TC9012相對(duì)應(yīng)的1308紅外接收頭。1308是一顆集接收電路、調(diào)制解調(diào)電路、低通濾波、放大電路和控制電路為一體的集成接收頭，一共有三個(gè)引腳輸出其中一個(gè)是電源一個(gè)是接地另一個(gè)則是輸出，這樣就大大方便了我們的使用。1308部構(gòu)造如圖3所示圖3由于1308部集成了強(qiáng)大的信號(hào)處理功能，所以在本系統(tǒng)中使用這個(gè)1308的接收頭的時(shí)候我們只需要在外部加上一個(gè)濾波電路就可以了，這個(gè)RC濾波電路是為了濾除電源端的干擾信號(hào)。具體應(yīng)用電路圖如圖4所示圖43. 液晶顯示模塊在本系統(tǒng)中我們采用1602字符型液晶顯示模塊來(lái)顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、起停以及正反轉(zhuǎn)等步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)。字符型液晶顯示模塊是專

6、門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。分4位和8位數(shù)據(jù)傳輸方式。提供5*7點(diǎn)陣+光標(biāo)和5*10點(diǎn)陣+光標(biāo)的顯示模式?？梢燥@示兩行每行8個(gè)字符。提供部自動(dòng)上電復(fù)位電路，+5V工作電壓。一共有16個(gè)引腳，其中一對(duì)電源引腳、一對(duì)LED背光電源引腳、LCD驅(qū)動(dòng)電壓引腳、一個(gè)模式選擇引腳、一個(gè)讀寫操作引腳、一個(gè)使能引腳以及7個(gè)數(shù)據(jù)引腳。其中LCD驅(qū)動(dòng)電壓V0可通過(guò)滑動(dòng)變阻器進(jìn)展調(diào)節(jié)，一般V0為零伏。具體應(yīng)用電路圖如圖5所示圖54. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊本系統(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

7、機(jī)的各相繞組按適宜的時(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)ULN2003芯片來(lái)放大電流使之能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓列，由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成。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。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)承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示圖6三、硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用的核心器件是AT89C51單片機(jī)，有4個(gè)P口，其中P1 P2 P

8、3部含有上拉電阻，P0口部不含上拉電阻。在本系統(tǒng)中用P0口來(lái)控制LCD液晶顯示模塊，p1口來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，外部中斷0P3.2來(lái)接3收紅外控制信號(hào)。AT89C51單片機(jī)引腳圖如圖7所示圖7單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。當(dāng)AT89C51單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。89C51單片機(jī)提供了上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式，本系統(tǒng)中采用按鍵復(fù)位電路。具體復(fù)位電路如圖8所示，其中C4是104瓷電容，C3是22uf/25V的電解電容，R1的阻值為10K歐。單片機(jī)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)。89C51提供了外部時(shí)鐘

9、電路和部時(shí)鐘電路兩種方式，本系統(tǒng)采用11.0592MHz晶振的外部時(shí)鐘電路方式，在晶振兩端接2個(gè)30pf的瓷電容。這兩個(gè)電容成為晶振的負(fù)載電容，它會(huì)影響晶振的諧振頻率和輸出幅度。具體晶振電路如圖9所示圖8圖9四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分LCD顯示子程序、紅外解碼判斷子程序、步進(jìn)電機(jī)控制程序和主程序組成。整個(gè)系統(tǒng)采用C語(yǔ)言進(jìn)展編寫。 1. 主程序主程序包括系統(tǒng)的初始化、LCD子程序的調(diào)用以及定時(shí)器中斷函數(shù)和步進(jìn)電機(jī)控制函數(shù)組成。系統(tǒng)初始化包括對(duì)LCD顯示模塊數(shù)據(jù)位、命令位，紅外解碼標(biāo)志位以及步進(jìn)電機(jī)停頓轉(zhuǎn)動(dòng)的等級(jí)的定義與初始化，定時(shí)器中斷函數(shù)主要設(shè)定定時(shí)器中斷間隔和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的等級(jí)，步進(jìn)

10、電機(jī)控制函數(shù)由步進(jìn)電機(jī)索引函數(shù)和對(duì)索引值的加減函數(shù)組成。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖10所示圖102. LCD子程序LCD子程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是顯示步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)。LCD第一行顯示靜態(tài)的“B140415 08 09 23，這個(gè)是我組三同學(xué)的*，第二行動(dòng)態(tài)的顯示靜態(tài)的“RANK：和不同速度步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的等級(jí)以及正反轉(zhuǎn)的標(biāo)志，正反轉(zhuǎn)的標(biāo)志為正轉(zhuǎn)為“+，反轉(zhuǎn)為“-。系統(tǒng)LCD顯示子程序流程圖如圖11所示圖113. 紅外解碼判斷子程序紅外解碼判斷子程序包括對(duì)碼值的判斷程序和外部中斷0程序，紅外接收電路將接收到的信號(hào)送到外部中斷0，然后紅外解碼程序?qū)κ盏降男盘?hào)進(jìn)展解碼，假設(shè)解碼失敗則重新進(jìn)展解碼，假設(shè)解碼成功

11、則判斷器碼值，然后調(diào)用步進(jìn)電機(jī)控制和LCD顯示程序?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和顯示。從而實(shí)現(xiàn)紅外遙控對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制及顯示。系統(tǒng)紅外解碼判斷子程序流程圖如圖12所示圖12五：總結(jié)該紅外遙控步進(jìn)電機(jī)的制作讓我學(xué)會(huì)了怎樣去設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的根本架構(gòu)有了一定的認(rèn)識(shí)，在通過(guò)對(duì)紅外編解碼電路的設(shè)計(jì)也讓我對(duì)紅外遙控的根本知識(shí)有了新的認(rèn)識(shí)，知道了紅外發(fā)碼的原理掌握了紅外解碼程序的編寫，對(duì)LCD現(xiàn)實(shí)模塊的使用也讓我對(duì)LCD有了新的認(rèn)識(shí)，交接了要調(diào)節(jié)LCD的驅(qū)動(dòng)電壓使其到達(dá)0V左右才能讓字符顯示出來(lái)，通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)也讓我認(rèn)識(shí)到要在步進(jìn)電機(jī)的P口加上拉電阻才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)?？傊?，這次實(shí)訓(xùn)讓我收獲了很

12、多也為我以后的工作奠定了一定的根底。源代碼：*include *include *define DataPort P0 /定義數(shù)據(jù)端口程序中遇到DataPort 則用P0 替換sbit IR=P32; /紅外接口標(biāo)志unsigned char TempData8; /存儲(chǔ)顯示值的全局變量char code Tab16=0123456789ABCDEF,zf2=-+;unsigned char irtime;/紅外用全局變量bit irpro_ok,irok,f;unsigned char IRcord4;unsigned char irdata33;sbit A1=P10; /定義步進(jìn)電機(jī)連接

13、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 A1=1;B1=0;C1=0;D1=0;/A相通電，其他相斷電*define Coil_B1 A1=0

14、;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*define RS_CLR RS=0 *define RS_SET RS=1*define RW_CLR RW=0 *define RW_SET RW=1 *define EN_CLR EN=0*define EN_SET EN=1*define CHECK_BUSY*d

15、efine DataPort P0unsigned char Speed=1;bit StartFlag,zfFlag;sbit RS = P24; /定義端口sbit RW = P25;sbit EN = P26;void DelayUs2*(unsigned char t);void DelayMs(unsigned char t);void Ir_work(void);void Ircordpro(void);void TIM0init(void);void Init_Timer1(void);void E*0init(void);/*-判忙函數(shù)-*/ bit LCD_Check_Bus

16、y(void) *ifdef CHECK_BUSY DataPort= 0*FF; RS_CLR; RW_SET; EN_CLR; _nop_(); EN_SET; return (bit)(DataPort & 0*80);*else return 0;*endif /*-寫入命令函數(shù)-*/ void LCD_Write_(unsigned char ) / while(LCD_Check_Busy(); /忙則等待 DelayMs(5); RS_CLR; RW_CLR; EN_SET; DataPort= ; _nop_(); EN_CLR; /*-寫入數(shù)據(jù)函數(shù)-*/ void LCD_W

17、rite_Data(unsigned char Data) /while(LCD_Check_Busy(); /忙則等待 DelayMs(5); RS_SET; RW_CLR; EN_SET; DataPort= Data; _nop_(); EN_CLR; /*-清屏函數(shù)-*/ void LCD_Clear(void) LCD_Write_(0*01); DelayMs(5); /*-寫入字符串函數(shù)-*/ void LCD_Write_String(unsigned char *,unsigned char y,unsigned char *s) if (y = 0) LCD_Write_(

18、0*80 + *); /表示第一行 else LCD_Write_(0*C0 + *); /表示第二行 while (*s) LCD_Write_Data( *s); s +; /*-寫入字符函數(shù)-*/* void LCD_Write_Char(unsigned char *,unsigned char y,unsigned char Data) if (y = 0) LCD_Write_(0*80 + *); else LCD_Write_(0*C0 + *); LCD_Write_Data( Data); */*-初始化函數(shù)-*/ void LCD_Init(void) LCD_Write

19、_(0*38); /*顯示模式設(shè)置*/ DelayMs(5); LCD_Write_(0*38); DelayMs(5); LCD_Write_(0*38); DelayMs(5); LCD_Write_(0*38); LCD_Write_(0*08); /*顯示關(guān)閉*/ LCD_Write_(0*01); /*顯示清屏*/ LCD_Write_(0*06); /*顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置*/ DelayMs(5); LCD_Write_(0*0C); /*顯示開(kāi)及光標(biāo)設(shè)置*/ /*void speed1(void) if(Speed1) Speed-; TempData0=zff; TempData

20、1=TabSpeed/10; TempData2=TabSpeed%10; */*-主函數(shù)-*/main() unsigned int i=512;/旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間 E*0init(); /初始化外部中斷 TIM0init(); Init_Timer1(); LCD_Init(); /初始化液晶 DelayMs(20); /延時(shí)有助于穩(wěn)定 LCD_Clear(); /清屏 LCD_Write_String(0,0,B140415 08 09 23); LCD_Write_String(0,1,RANK:); Coil_OFF; while(1)/主循環(huán) if(irok) /如果接收好了進(jìn)展紅外處

21、理 Ircordpro(); irok=0; if(irpro_ok) /如果處理好后進(jìn)展工作處理，如按對(duì)應(yīng)的按鍵后顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)字等 Ir_work(); /*-定時(shí)器0初始化-*/void TIM0init(void)/定時(shí)器0初始化 TMOD=0*02;/定時(shí)器0工作方式2，TH0是重裝值，TL0是初值 TH0=0*00; /重載值 TL0=0*00; /初始化值 256微秒 ET0=1; /開(kāi)中斷 TR0=1; /*-定時(shí)器初始化子程序-*/void Init_Timer1(void) TMOD |= 0*01; /使用模式1，16位定時(shí)器，使用|符號(hào)可以在使用多個(gè)定時(shí)器時(shí)不受影響 /T

22、H1=0*00; /給定初值 /TL1=0*00; EA=1; /總中斷翻開(kāi) ET1=1; /定時(shí)器中斷翻開(kāi) TR1=1; /定時(shí)器開(kāi)關(guān)翻開(kāi)/*-外部中斷0初始化-*/void E*0init(void) IT0 = 1; /指定外部中斷0下降沿觸發(fā)，INT0 (P3.2) E*0 = 1; /使能外部中斷 EA = 1; /開(kāi)總中斷/*-定時(shí)器0中斷處理-*/void tim0_isr (void) interrupt 1 irtime+; /用于計(jì)數(shù)2個(gè)下降沿之間的時(shí)間/*-定時(shí)器中斷子程序-*/void Timer1_isr(void) interrupt 3 static unsign

23、ed char times,i; TH1=(65536-500)/256; /重新賦值 1ms TL1=(65536-500)%256;if(StartFlag) if(zfFlag=0) if(times=(20-Speed) 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+; else if(times=(20-Speed)

24、times=0; switch(i) case 0:Coil_D1;i+;break; case 1:Coil_C1;i+;break; case 2:Coil_B1;i+;break; case 3:Coil_A1;i+;break; case 4:i=0;break; default:break; times+; / 調(diào)用數(shù)碼管掃描/*-外部中斷0中斷處理作用：接收信號(hào)，并存儲(chǔ)到數(shù)組中-*/void E*0_ISR (void) interrupt 0 /外部中斷0效勞函數(shù) static unsigned char i; /接收紅外信號(hào)處理 static bit startflag; /是

25、否開(kāi)場(chǎng)處理標(biāo)志位if(startflag) if(irtime=33)/引導(dǎo)碼 TC9012的頭碼，9ms+4.5ms i=0; irdatai=irtime;/存儲(chǔ)每個(gè)電平的持續(xù)時(shí)間，用于以后判斷是0還是1 irtime=0; i+; if(i=33)/存儲(chǔ)33位2個(gè)字節(jié)的用戶碼，1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)碼，一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)碼反碼，一位同步位 irok=1;/處理完畢標(biāo)志為1 i=0; elseirtime=0;startflag=1;/*-鍵值處理-*/void Ir_work(void)/紅外鍵值散轉(zhuǎn)程序 switch(IRcord2)/判斷第三個(gè)數(shù)碼值 case 0*40: if(Speed1) Speed-; TempData0=zff; TempData1=TabSpeed/10; TempData2=TabSpeed%10; break; case 0*43: Coil_OFF; TempData0 = zff; TempData1 = Tab0; TempData2 = Tab