單片機課程設計報告單片機控制步進電機

1、 單片機原理及應用課程設計報告設計題目：單片機控制步進電機 目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326398742 目錄 PAGEREF _Toc326398742 h 1 HYPERLINK l _Toc326398743 1設計任務書 PAGEREF _Toc326398743 h 2 HYPERLINK l _Toc326398744 1.1基本設計要求 PAGEREF _Toc326398744 h 2 HYPERLINK l _Toc326398745 1.2選為項目 PAGEREF _Toc326398745 h 2 HYPERLINK l _Toc

2、326398746 2設計說明 PAGEREF _Toc326398746 h 3 HYPERLINK l _Toc326398747 2.1設計內(nèi)容 PAGEREF _Toc326398747 h 3 HYPERLINK l _Toc326398748 2.2設計要求 PAGEREF _Toc326398748 h 3 HYPERLINK l _Toc326398749 2.3設備及工作環(huán)境 PAGEREF _Toc326398749 h 3 HYPERLINK l _Toc326398750 3系統(tǒng)方案總體設計 PAGEREF _Toc326398750 h 4 HYPERLINK l _

3、Toc326398751 3.1設計理念 PAGEREF _Toc326398751 h 4 HYPERLINK l _Toc326398752 4硬件設計 PAGEREF _Toc326398752 h 6 HYPERLINK l _Toc326398753 4.1系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc326398753 h 6 HYPERLINK l _Toc326398754 4.1.1最低 MCU 系統(tǒng) PAGEREF _Toc326398754 h 6 HYPERLINK l _Toc326398755 4.1.2鍵盤設計 PAGEREF _Toc326398755 h 6 HYPE

4、RLINK l _Toc326398756 4.2系統(tǒng)工作原理探討 PAGEREF _Toc326398756 h 7 HYPERLINK l _Toc326398757 5軟件設計 PAGEREF _Toc326398757 h 9 HYPERLINK l _Toc326398758 5.1分析論證 PAGEREF _Toc326398758 h 9 HYPERLINK l _Toc326398759 5.1.1步進電機運行驅動模塊 PAGEREF _Toc326398759 h 9 HYPERLINK l _Toc326398760 5.1.2溫度采集模塊 PAGEREF _Toc3263

5、98760 h 9 HYPERLINK l _Toc326398761 5.1.3主要功能模塊 PAGEREF _Toc326398761 h 9 HYPERLINK l _Toc326398762 5.1.4總體療效 PAGEREF _Toc326398762 h 9 HYPERLINK l _Toc326398763 5.2程序流程圖 PAGEREF _Toc326398763 h 10 HYPERLINK l _Toc326398764 5.3程序清單 PAGEREF _Toc326398764 h 11 HYPERLINK l _Toc326398765 6調(diào)試過程及分析 PAGERE

6、F _Toc326398765 h 18 HYPERLINK l _Toc326398766 7設計總結 PAGEREF _Toc326398766 h 19 HYPERLINK l _Toc326398767 參考 PAGEREF _Toc326398767 h 201 設計任務書1.1 基本設計要求（1 ）使用萬能板，主芯片AT89S52，35BYJ412步進電機，BLN2003，配合周邊其他原廠芯片完成實驗設計。（ 2）程序的首地址要讓目標機直接運行，即從0000H開始。必須在主程序的開頭設置一個合適的棧底。程序放置的地址必須是連續(xù)的、高級的，中間不要留下大量的空間地址，這樣目標機器可以

7、使用更少的硬件資源。(3)采用單片機控制三相單三拍步進電機的工作。步進電機的旋轉方向由正反轉控制信號控制。步進電機的步數(shù)由鍵盤輸入?？奢斎氲牟綌?shù)為3、6、9、12、15、18、21、24、27步，鍵盤具有鍵盤鎖定功能。當鍵盤鎖定時，步數(shù)輸入電機不接受輸入的步數(shù)，不會運行。只有打開鍵盤鎖并輸入步數(shù)后，步進電機才開始工作。(4)電機運轉時，有正反轉指示燈指示。(5)電機運行過程中，如果電機過熱，電機將停止運行，紅色指示燈亮，同時報警。本主題的癥結在于：如何生成控制步進電機的脈沖序列。1.2 選定項目1、以單片機（AT89S52）為主芯片，設計控制步進電機的電路。2、設置三個自鎖按鈕，分別用于開關鍵

8、盤、左轉和右轉控制。3、設置9個觸電按鍵，分別控制3、6、9、12、15、18、21、24、27步的輸入步長。4、設置LCD12864顯示器，實時顯示步進電機的工作狀態(tài)，提示用戶進行步進操作。2設計說明2.1設計內(nèi)容采用ZY15MCU12BD型集成單片機實驗箱模擬控制步進電機集中采集的過程。2.2設計要求(1)單片機用于控制三相單三拍步進電機的工作。步進電機的旋轉方向由正反轉控制信號控制。步進電機的步數(shù)由鍵盤輸入?？奢斎氲牟綌?shù)為3、6、9、12、15、18、21、24、27步，鍵盤具有鍵盤鎖定功能。當鍵盤鎖定時，步數(shù)輸入電機不接受輸入的步數(shù)，不會運行。只有打開鍵盤鎖并輸入步數(shù)后，步進電機才開始

9、工作。(2)電機運轉時，有正反轉指示燈指示。(3)電機運行過程中，若出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，電機停止運轉，紅色指示燈亮，同時報警。( 4 )在機器上調(diào)試程序。( 5 )撰寫設計報告。2.3設備及工作環(huán)境(1)硬件： AT89S52單片機1個，35BYJ412步進電機1個，ISP下載器1個，LCD12864顯示屏，18B20溫度傳感器芯片。(2)軟件：Windows操作系統(tǒng)，Keil C51軟件。3 系統(tǒng)方案總體設計3.1設計思路步進電機不同的驅動方式都在運行，脈沖信號按一定的順序依次加到三相繞組上，從而達到不同的工作狀態(tài)。由于通電順序不同，工作模式有三相單三相拍、三相雙三拍、三相單拍和雙六拍（注：“三相

10、上述“三相單三拍”中有三相繞組； “拍”是指定子繞組改變一次通電方式； “三拍”表示功率為通電3次完成一個周期。 “三相雙三拍”中的“雙”表示兩相繞組同時通電）。(1) 三相單三拍運行方式：下圖為無功步進電機的工作原理。如果用脈沖分配器輸出的第一個脈沖給A相繞組通電，B、C相繞組不通電，A相繞組通電后產(chǎn)生的磁場會引起反作用力矩產(chǎn)生在轉子上，轉子的 1 和 3 齒將與定子磁極對齊，如圖（a）所示。第二個脈沖到達給B相繞組通電，而A、C相繞組不通電； B相繞組產(chǎn)生的磁場將使轉子的2、4齒與B相磁極對齊，如圖（b）所示，與圖（a）相比，轉子旋轉一圈逆時針角度。第三個脈沖到來后，C相繞組通電，而A、B

11、相不通電。此時，轉子的第 1、3 齒將與 C 組對齊。轉子位置如圖（c）所示，與圖（b）相同。 )，然后逆時針轉動一個角度。反應式步進電機工作原理圖通過分配器按A相-B-相-C-相-A-相.規(guī)律連續(xù)接通和斷開。此時，步進電機的轉子是連續(xù)連接的。逐步逆時針轉動。如果改變步進電機的旋轉方向，只要改變定子各繞組的通電順序為A相-C相-B相-A相，轉子旋轉方向就變?yōu)轫槙r針方向.在單三拍分配方式下，步進電機從A相切換到B同點，步進電機的轉子轉動一個角度，稱為一步。此時轉子的旋轉角度為30度。步進電機每一步轉動的角度稱為步距角。(2) 三相雙三拍運行方式 三相雙三拍運行方式：每次通電兩個繞組，通電方式為A

12、B-BC-CA-AB . ，如果通電順序更改為 AB- -CA-BC-AB .步進電機反轉。在雙三拍分配方式中，步進電機的步距角也是30度。(3)三相單雙六拍運行模式：三相六拍配電模式是指每個周期有六個通電狀態(tài)。這六種電狀態(tài)的順序可以使A-AB-B-BC-C-CA-A .或A- CA-C-BC-B-AB- A 在六拍通電方式中，有兩個繞組同時通電的時刻，也就是轉子齒的位置將處于通電兩相的中間位置。在三相六拍分配方式下，每步轉子的旋轉角度僅為三相三拍方式的一半，步距角為15度。單三拍運行的突出問題是一次只能通電一相繞組。轉換過程中，一相繞組斷電，另一相繞組通電，容易出現(xiàn)失步；不好，在平衡位置附近

13、容易震蕩，所以少用。雙三拍運行的特點是每次兩相繞組通電，轉換過程中始終通電一相繞組，因此運行平穩(wěn)，步距角與單相繞組相同- 三拍操作。轉換六拍工作方式時，始終只有一相繞組通電，步距角小，工作穩(wěn)定性好，但供電較復雜，實際應用較多。4 硬件設計4.1 系統(tǒng)硬件設計4.1.1最小的單片機系統(tǒng)5V電源：給系統(tǒng)供電。復位電路：當程序跑掉時，復位電路可以使程序重新執(zhí)行，相當于重新啟動計算機。晶體振蕩器：為微控制器的操作提供時鐘。比如電腦的2.2GHz頻率。EA接高電平：表示從運行部門的程序存儲器中下載的程序。P0口接排阻：P0口為開漏結構，使用時一般接排阻拉高電平。4.1.2鍵盤設計電路采用獨立鍵盤工作方式

14、，共有12個按鍵，分別提供3、6、9、12、15、18、21、24布局選擇功能、鍵盤鎖定功能和步進電機旋轉方向選擇功能。有一些程序性決定開始發(fā)揮作用。4.2系統(tǒng)工作原理探討系統(tǒng)的核心CPU是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52芯片，將多功能8位CPU和FPEROM（閃存可編程/可擦寫只讀存儲器）結合在一個芯片上。它是一種低功耗、高性能的 CMOS 控制器，為許多嵌入式控制應用提供了非常靈活且價格合理的解決方案，其性能價格比遠高于同類芯片。兼容MCS-51指令系統(tǒng)，芯片F(xiàn) PEROM允許程序存儲器在線重新編程。也可以用傳統(tǒng)的EPROM編程器進行編程，可以寫/擦1000次。 89S52包含4KB的F

15、PEROM，一般EEPROM的字節(jié)擦除時間和寫入時間基本都是10ms。對于任何實時控制系統(tǒng)來說，長時間在線修改程序是不可能的。CPU為Atmel公司生產(chǎn)的89C51/89C52/89C55等。廠家提供的晶振頻率為11.0592MH，每個機器周期為1.085us。用戶可更換晶振提高速度；內(nèi)存為64K，前4K/8K20K在CPU部分，其他程序在EPR0M27512；數(shù)據(jù)存儲器為32K（62256），地址為8000-FFFFH；I/O擴展8155，RAM地址：200O-20FFH；8155命令端口地址為：2100H；A端口地址：21O1H B端口地址：2102H C端口地址：2103H；T 低八位：

16、2104H T 高八位：2105H；多路模擬開關的使用：P1=0F8H IN4：P1=0FCH IN1：P1=0F9H IN5：P1=OFDH=0FAH IN5 : P1=0FEH IN3: P1=0FBH IN7: P1=0FFH不掉電數(shù)據(jù)存儲：500EH-507FH；控制板：160 x1O9(mm) 電源：+5V300mA +12V100mA -12V100mA；AT89C51 是一款低功耗、高性能的 8 位 CMOS 微控制器，帶有 4KB Flash Programmable/Erasable Read Only Memory（FPEROM-Flash Programmable and

17、 Eraseable Read Only Memory），采用高密度、非易失性存儲技術和完全兼容80C51引腳和指令系統(tǒng)；主要性能：兼容MCS-51微控制器產(chǎn)品系列；該芯片具有 4KB 的在線可重新編程閃存。引腳介紹：總體介紹：本系統(tǒng)采用的芯片有：DS18B20溫度傳感器，ULN2003A和MP28GA四相五線步進電機，步進電機工作在雙八拍模式，步進力矩5.625，步進旋轉方向電機由正反轉控制信號控制。步進電機的步數(shù)由鍵盤輸入。通過獨立鍵盤S1S9可輸入的步數(shù)為3、6、9、12、15、18、21、24、27，對應角度為16.875、33.725、.、151.875 ，鍵盤S10具有鍵盤鎖定功能

18、。當鍵盤鎖定時，步進電機不接受輸入的步數(shù)，不會運行。只有打開鍵盤鎖，選擇運行方向并輸入步數(shù)，步進電機才會開始工作。電機運轉時，有正轉指示燈D2和反轉指示燈D3指示。電機運行過程中，溫度傳感器用于采集步進電機外部溫度（可設置）。若過熱，電機停止運轉，紅色指示燈亮，蜂鳴器響。5軟件設計5.1分析論證本步進電機控制電路的設計與實現(xiàn)主要采用ULN2003A驅動芯片、溫度傳感器芯片DS18B20芯片、獨立鍵盤等，包括步進電機運行驅動、溫度采集、主要功能三大功能模塊。5.1.1步進電機運行驅動模塊由于系統(tǒng)中沒有充分利用I/O口，所以使用了獨立鍵盤。系統(tǒng)工作時，鍵盤控制的I/O口處于高電平狀態(tài)。當按鍵按下時

19、，觸發(fā)一個低電平，驅動程序實時監(jiān)控并立即響應，執(zhí)行相應的工作。5.1.2溫度采集模塊該模塊的重要功能是采集步進電機表面的溫度，并比較設定值來判斷體溫是否過高。溫度過高時電機正常轉動。當溫度過高時，電機不再轉動。 ，蜂鳴器報警，紅燈亮。5.1.3主要功能模塊該模塊的重要功能是調(diào)動溫度采集功能和步進電機功能中的功能，實現(xiàn)模塊化編程。5.1.4整體療效_AT89S52芯片控制ULN2003A芯片驅動步進電機，掃描鍵盤輸入運行狀態(tài)匹配運行步數(shù)，當電機外部溫度超過32時，電機停止轉動并報警！5.2程序流程圖主程序流程圖如圖所示：開始初始化程序報警，紅燈點亮，步進電機停轉判斷步進電機溫度是否過高？是的不鎖

20、鍵盤等待開鍵盤是的不確定輸入步數(shù)電機高溫？步進電機運轉不圖2 程序流程圖5.3項目清單步進電機驅動功能：/BJDJ.h#ifndef _BJDJ_H_#define _BJDJ_H_#include #include #define uchar 無符號字符#define uint 無符號整數(shù)位 k1=P10;位 k2 = P11;位 k3 = P12;位 k4=P13;位 k5=P14;位 k6 = P15;位 k7=P16;位 k8=P17;位 k9 = P00;sbitk10=P01;位 k11=P02;位 k12=P03;無效鍵掃描（）；無效電機轉（）；無效電機停止（）；萬一/BJDJ.

21、c#include BJDJ.huchar 代碼 FFW 8 = 0 xfe, 0 xfc, 0 xfd, 0 xf9,0 xfb, 0 xf3,0 xf7,0 xf6；uchar 代碼 REV 8 = 0 xf6,0 xf7,0 xf3,0 xfb, 0 xf9,0 xfd, 0 xfc, 0 xfe;碳化率；外部uchar i = 0；/* * */* 延遲/* * */無效延遲（uchar x）uchar i,j;for(i=0;ix;i+);for(j = 0 ; j110 ; j+) ;/* * */*步進電機正轉/* * */void motor_ffw(uchar x)uchar

22、 i,j;for (j=0; jx; j+) / 轉 1*n 圈for (i=0; i8; i+) /一個周期轉45度P2 = FFWi； /獲取數(shù)據(jù)延遲（150）； /調(diào)整速度/* * */*/* 步進電機反轉/* * */無效電機轉速（uchar x）uchar i,j;for (j=0; jx; j+) / 轉 1*n 圈/ 退出這個循環(huán)for (i=0; i8; i+) /一個周期轉45度P2 = REVi； /獲取數(shù)據(jù)延遲（150）； /調(diào)整速度/* * *鍵盤掃描* * */無效鍵掃描（）我=0；如果（k1=0）延遲（5）；如果（k1=0）i=24；如果（k2=0）延遲（5）；如果

23、（k2=0）i=46；如果（k3=0）延遲（5）；如果（k3=0）i=72；如果（k4=0）延遲（5）；如果（k4=0）i=96；如果（k5=0）延遲（5）；如果（k5=0）i=120；如果（k6=0）延遲（5）；如果（k6=0）i=144；如果（k7=0）延遲（5）；如果（k7=0）i=168；如果（k8=0）延遲（5）；如果（k8=0）i=192；如果（k9=0）延遲（5）；如果（k9=0）i=216；/* *電機舵機* */無效電機轉（）如果（k10=0）延遲（5）；如果(k10=0)P2=P2&0 xf0;如果（k11=0&k12=1&k10=1）延遲（5）；如果（k11=0&k12=

24、1&k10=1）motor_ffw(i);如果（k12=0&k11=1&k10=1）延遲（5）；如果（k12=0&k11=1&k10=1）電機轉速（i）；無效電機停止（）電機轉速（0）；溫度傳感器18B20驅動功能：/DS18B20.h#ifndef _DS18B20_H_#define _DS18B20_H_#include#include #define uint 無符號整數(shù)#define uchar 無符號字符外部 uchar T;位 DQ=P27; /溫度輸入端口sbit 鐘=P04;sbit led1=P07;無效延遲2（uint t）；無效 ow_reset(無效);無效寫入字節(jié)（

25、uchar val）；無效讀臨時（）；無效工作臨時（）；萬一/DS18B20.c#include“DS18B20.h”extern uchar 數(shù)據(jù) temp_data2=0 x00,0 x00;uchar 標志；字符存在=1；uchar T;/*11微秒課*/無效延遲2（單位噸）for(;t0;t-);/*18B20重復功能*/無效 ow_reset(無效)存在=1；同時（在場）同時（在場）DQ=1;_nop_();_nop_();DQ=0； /延遲2（50）； / 550usDQ=1； /延遲2（6）； / 66us存在=DQ； /presence=0 繼續(xù)下一步 延遲2（45）； /延遲

26、500us存在=DQ；DQ=1；/*18B20寫命令函數(shù)*/無效寫入字節(jié)（uchar val）uchar我;對于 (i=8; i0; i-)DQ=1；_nop_();_nop_();DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/5usDQ = val&0 x01; /最低位出延遲2（6）； /66usval=val/2； /右移一位DQ = 1;延遲2（1）；/*18B20 讀取 1 字節(jié)函數(shù) */uchar read_byte(void)uchar我;uchar 值 = 0;對于 (i=8;i0;i-)DQ=1；_nop_();_nop_()

27、;值=1；DQ = 0; /_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4usDQ = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /4us如果（DQ）值|=0 x80；延遲2（6）； /66usDQ=1；返回（值）；/*讀取溫度函數(shù)*/無效讀臨時（）ow_reset(); /總線復位寫字節(jié)（0 xCC）； / 發(fā)送跳過 ROM 命令寫字節(jié)（0 xBE）； / 發(fā)送讀命令temp_data0=read_byte(); /溫度低8位temp_data1=read_byte(); /溫度高8位ow_reset();寫字節(jié)（0 xCC）； /跳過ROMwrite_byte(0 x44); / 發(fā)送轉換命令/*溫度數(shù)據(jù)處理函數(shù)*/無效工作臨時（）T=(temp_data0&0 xf0)4)|(temp_data1&0 x07)31）電機停止（）；led1=0;鈴=1；延遲2（1000）；別的led1=1;鐘=0； 電機轉（）；6調(diào)試過程及分析準備好的源程序在Keil編譯后出現(xiàn)很