單片機(jī)課設(shè)步進(jìn)電機(jī)控制正反轉(zhuǎn)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)學(xué)院自動(dòng)化與信息工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師王水魚(yú)場(chǎng)并字2010年秋季學(xué)期起止時(shí)間：2011年1月10日至2011年1月14日平時(shí)(10%)任務(wù)完成(30%)答辯(30%)課設(shè)報(bào)告(30%)總評(píng)成績(jī)目錄設(shè)計(jì)目的2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求2題目及要求功能分析2設(shè)計(jì)方案5整體方案5具體方案5TOC o 1-5 h z5硬件電路的設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 51硬件線路6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 5.2工作原理7 H

2、YPERLINK l bookmark20 o Current Document 5.3操作時(shí)序8軟件設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 6.1軟件結(jié)構(gòu)86.2程序流程9 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 6.3源程序清單9系統(tǒng)仿真9&使用說(shuō)明109.設(shè)計(jì)總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄12步進(jìn)電機(jī)的控制1.設(shè)計(jì)目的（1）熟悉單片機(jī)編程原理。（2）熟練掌握51單片機(jī)的控制電路和最小系統(tǒng)。（3）單片機(jī)基本應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2.設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求（1）查閱資料，了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理。（2）通過(guò)單

3、片機(jī)給參數(shù)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。（3）通過(guò)按鈕控制啟停及反轉(zhuǎn)。（4）其他功能。3題目及要求功能分析步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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?？梢酝ㄟ^(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。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其精度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制系統(tǒng)中。三相單、雙六拍步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理：三相單、雙六拍步進(jìn)電機(jī)通電方式：這種方式的通電順序是：

4、U-UV-V-VW-W-WU-U或?yàn)閁-UW-W-WV-V-VU-Uo按前一種順序通電，即先接通U相定子繞組；接著是U、V兩相定子繞組同時(shí)通電；斷開(kāi)U相，使V相繞組單獨(dú)通電；再使V、W兩相定子繞組同時(shí)通電；W相單獨(dú)通電；W、U兩相同時(shí)通電，并依次循環(huán)。這種工作方式下，定子三相繞組需經(jīng)過(guò)六次切換才能完成一個(gè)循環(huán)，故稱為“六拍”，而“單、雙六拍”則是因?yàn)閱蜗嗬@組與兩相繞組交替接通的通電方式。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電機(jī)應(yīng)由專用的驅(qū)動(dòng)電源來(lái)供電，由驅(qū)動(dòng)電源和步進(jìn)電機(jī)組成一套伺服裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，主要包括邊頻信號(hào)源、脈沖分配器和脈沖放大器等三個(gè)部分，如圖14所示。邊頻信號(hào)源是一個(gè)頻

5、率從幾十赫茲到幾千赫茲的可連續(xù)變化的信號(hào)發(fā)生器。變頻信號(hào)員可以采用多種線路。最常見(jiàn)的有多諧振蕩器和單結(jié)晶體管構(gòu)成的馳張振蕩器兩種。它們都是通過(guò)調(diào)節(jié)電阻和電容的大小來(lái)改變電容充放電的時(shí)間常數(shù)，以達(dá)到選取脈沖信號(hào)頻率的目的。脈沖分配器是由門(mén)電路和雙穩(wěn)態(tài)處發(fā)起組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號(hào)按一定的邏輯關(guān)系加到放大器上，使步進(jìn)電機(jī)按一定的運(yùn)行方式運(yùn)轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的釘子繞組可以是任意相數(shù)，常有三相制，四相制，五相制，六相制4種。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，步進(jìn)電機(jī)分為3種：反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，應(yīng)用最廣泛。繞組通電方式通常有單排

6、方式、雙拍方式和單雙拍方式3種。通過(guò)軟件編程，用單片實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制的脈沖分配；實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正常工作。根據(jù)題目要求，開(kāi)機(jī)后，電機(jī)不轉(zhuǎn)，按下前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)任意一按鈕，電機(jī)按設(shè)置的方式轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)按下停止按鈕后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速通過(guò)設(shè)置延時(shí)時(shí)間常數(shù)來(lái)確定。延時(shí)時(shí)間常數(shù)越小電機(jī)轉(zhuǎn)速越快.反之越快。4.設(shè)計(jì)方案4.1整體方案本系統(tǒng)主要是由AT89C51，步進(jìn)電機(jī)控制器ULN2004,步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)單片機(jī)編程，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制的脈沖分配，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)以及停止等功能。具體實(shí)現(xiàn)方案根據(jù)系統(tǒng)要求畫(huà)出單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的控制框圖，見(jiàn)下圖（1）。系統(tǒng)包括單片機(jī)、按鍵和步進(jìn)電機(jī)。（1）單片

7、機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的控制框圖開(kāi)始通電后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，單片機(jī)分別接有按鈕開(kāi)關(guān)K1，K2，K3，K4用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的不同轉(zhuǎn)向，不同轉(zhuǎn)速，當(dāng)按下K1后，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下K2后，電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)按下K3,電機(jī)停轉(zhuǎn)。為實(shí)現(xiàn)電機(jī)加速，減速，給電機(jī)設(shè)置不同延時(shí)時(shí)間常數(shù)，根據(jù)時(shí)間常數(shù)的不同，電機(jī)轉(zhuǎn)速不同，延時(shí)時(shí)間常數(shù)越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越慢，延時(shí)時(shí)間常數(shù)越小，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。5硬件電路的設(shè)計(jì)5.1硬件線路根據(jù)系統(tǒng)框圖，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，電路圖見(jiàn)附錄圖（2），圖（3），圖（4）為提高部分電52工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)的選擇，單片機(jī)的種類較多，選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)控制系統(tǒng)的程序和數(shù)據(jù)量的大小來(lái)確定。由于本系統(tǒng)控制

8、簡(jiǎn)單，程序和數(shù)據(jù)量都不大，因此我們選用89C51單片機(jī)，89C51晶振頻率采用12MHZ。外接晶體引腳XTAQ7和XTAL2XTAL1:接外部晶體的一個(gè)引腳.在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端.當(dāng)采用外部振蕩器時(shí),該引腳接受振蕩器的信號(hào),即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端.XTAL2接外部晶體的另一個(gè)引腳.在單片機(jī)內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端.采用外部振蕩器時(shí),此引腳應(yīng)懸浮不連接.單片機(jī)外接電路時(shí)鐘產(chǎn)生產(chǎn)生和復(fù)位電路片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，CPU的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz12

9、MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，其值在5pF30pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz。這樣就確定了單片機(jī)的4個(gè)周期分別是：振蕩周期=1/12卩s;機(jī)器周期（SM）=ms;指令周期=14卩s。晶振電路如下圖所示。按鍵采用5個(gè)功能，前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)按鍵分別接在單片機(jī)的P2.0至P2.4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，按下不同鍵，電機(jī)按要求實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。提高電路圖，則用8個(gè)按鍵，K1至K6為設(shè)置電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速，K7和K8為電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)的輸出電流太小，不能直接接與步進(jìn)電機(jī)相連，需要增加驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)于小

10、直流0.5A的步進(jìn)電機(jī)，可采用ULN2003類的驅(qū)動(dòng)IC。ULN2003的技術(shù)參數(shù)如下所示最大輸出電壓：50V。最大連續(xù)輸出電流：05A。最大連續(xù)輸入電流：25mA。功率：1W。如下圖（4）為ULN2003系列驅(qū)動(dòng)器的引腳圖，左邊1-7為輸入端，接單片機(jī)P1口的輸出端，引腳8接地；左側(cè)10T6引腳為輸出端，接步進(jìn)電機(jī)，引腳9接電源5V，該驅(qū)動(dòng)器可提供最高05A的電流。正轉(zhuǎn)采用1相激磁方式，反轉(zhuǎn)采用一到倆相激磁方式。5.3操作時(shí)序按電路圖再Proteus中連接號(hào)電路圖，檢查無(wú)誤后導(dǎo)入程序，編譯連接后進(jìn)行仿真。按不同的鍵實(shí)現(xiàn)不同的功能。從而控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止以及電機(jī)以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。6.軟件

11、設(shè)計(jì)6.1軟件結(jié)構(gòu)對(duì)單片機(jī)的P2口設(shè)置堆棧，開(kāi)始時(shí)步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，按鍵進(jìn)行掃描，判斷是否有按鍵按下，由于按鍵的時(shí)間特性，程序中加入了消抖程序，當(dāng)判斷按鍵按下時(shí)消除按鍵的抖動(dòng)，按下不通的鍵跳至不同的轉(zhuǎn)動(dòng)模塊，調(diào)用轉(zhuǎn)動(dòng)程序，轉(zhuǎn)動(dòng)程序通過(guò)查表實(shí)現(xiàn)，當(dāng)執(zhí)行完之后繼續(xù)掃描看是否有按鍵按下，沒(méi)有則繼續(xù)當(dāng)前循環(huán)，有則跳至相應(yīng)的模塊。6.2程序流程圖附錄（二）6.3源程序清單程序采用ASM51匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。附錄（三）7.系統(tǒng)仿真連接好電路后，對(duì)程序進(jìn)行裝載編譯連接后，仿真。結(jié)果：按下前進(jìn)按鈕按下后退按鈕按下左轉(zhuǎn)按鈕按下右轉(zhuǎn)按鈕電機(jī)1結(jié)果：按下前進(jìn)按鈕按下后退按鈕按下左轉(zhuǎn)按鈕按下右轉(zhuǎn)按鈕電機(jī)1反轉(zhuǎn)，電機(jī)2正轉(zhuǎn)電機(jī)

12、1正轉(zhuǎn)，電機(jī)2正轉(zhuǎn)電機(jī)1反轉(zhuǎn)，電機(jī)2反轉(zhuǎn)注：步進(jìn)電機(jī)控制模擬小車的輪子轉(zhuǎn)動(dòng)模型。提高要求：按下K7,按下K1時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速較快，當(dāng)按下K1至K6不同鍵時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，越來(lái)越慢。按下K8,按下K1時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速較快，當(dāng)按下K1至K6不同鍵時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，越來(lái)越慢。使用說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)控制模擬小車使用說(shuō)明，系統(tǒng)上有5個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵都有不同的功能：按下前進(jìn)按鈕，電機(jī)1正轉(zhuǎn)，電機(jī)2反轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)按下后退按鈕，電機(jī)1反轉(zhuǎn)，電機(jī)2正轉(zhuǎn)，小車后退按下左轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)1正轉(zhuǎn)，電機(jī)2正轉(zhuǎn)，小車左轉(zhuǎn)按下右轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)1反轉(zhuǎn)，電機(jī)2反轉(zhuǎn)，小車后退設(shè)計(jì)總結(jié)體會(huì)一周的課設(shè)很快的就結(jié)束了，本次課設(shè)主要以單片機(jī)為基

13、礎(chǔ)，用單片機(jī)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，熟悉單片機(jī)的一般搭建電路，了解一般電子電路與單片機(jī)構(gòu)成簡(jiǎn)單系統(tǒng)及簡(jiǎn)單編程的方法。熟練掌握了KeilC51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的使用方法，進(jìn)一步加深對(duì)單片機(jī)常用指令的理解與運(yùn)用。能夠較熟練的運(yùn)用protues繪制電路原理圖以及進(jìn)行仿真。以及keilc51和protues的聯(lián)合調(diào)試。在課設(shè)過(guò)程中，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題、全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，以及常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面有了很大的提高。同時(shí)在老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力，單片機(jī)領(lǐng)域?qū)ξ医窈筮M(jìn)一步學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)方面的知

14、識(shí)有極大的幫助，使我們積累實(shí)際電子制作經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到學(xué)以致用的目的，真正的吧理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，讓我們進(jìn)一步體驗(yàn)到實(shí)踐的重要性。對(duì)我們以后的工作有很大的幫，同時(shí)鍛煉了我們團(tuán)隊(duì)合做精。同時(shí)非常感謝老師的細(xì)心指導(dǎo)，當(dāng)我們遇到困難時(shí)，能及時(shí)給予我們幫助。參考文獻(xiàn)：1潘曉寧，朱耀東。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)實(shí)踐教程劉海寬，包建華。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)教程楊居義，馬寧。單片機(jī)原理與工程應(yīng)用胡健，劉玉賓。單片機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)踐教程韓志軍，劉新民。單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例朱博，馬鳴鶴。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程3）程序流程圖( )提高電路圖TrHI-IJ1IJddnoIQioionqii-inoiK=-*c-bssqsd聖Ku-1

15、.ISEridLBndTDiTdELL年Ed匚蘭Enn-Hlir/ZEn-axtrnhxmMHHrq5gr-Nd上-Iitlr-IdEL聽(tīng)EdMLXJzdLLHErqd5._NNJIil-VMdEr?.口NdZu口dE】山.口d5=HHtld4SysEdsrl口Mu-X-.祠口dw?:.Cidm?:口口ds山Iffld二遲匕-?-T-nlHJJaAE0IX口4EEIJ&AMM附錄（三）源程序QJEQUP2.0、八、-LU;前進(jìn)HTEQUP2.1;后退LZEQUP2.2;左轉(zhuǎn)RZEQUP2.3;右轉(zhuǎn)TZEQUP2.4;停止OUTEQUP1;pl口輸出ORG40HSTOPS1:ORLOUT,#0F

16、FH;步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)LOOP:JNBQJ,ZZ1；判斷是否按下前進(jìn)按鈕JNBHT,FZ1JNBLZ,LZ1JNBRZ,RZ1JNBTZ,STOPSJMPLOOP；循環(huán)ZZUAN:MOVR0,#00H;前進(jìn)1正轉(zhuǎn)，2反轉(zhuǎn)；制表初值ZZUAN1:MOVA,R0JZZZUANMOVDPTR,#TAB；表指針MOVCA,A+DPTR；取表代碼；是否取到結(jié)束碼？JZZZUAN;CPLAMOVOUT,A；從P1輸出，前進(jìn)JNBHT,FZ1JNBLZ,LZ1JNBRZ,RZ1JNBTZ,STOPSCALLDELAY；步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速INCR0；取下一個(gè)碼JMPZZUAN1FZUAN:MOVR0,#05H;后退2正

17、轉(zhuǎn)，1反轉(zhuǎn)FZUAN1:MOVA,R0MOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTRJZFZUAN;CPLAMOVOUT,AJNBQJ,ZZ1JNBLZ,LZ1JNBRZ,RZ1JNBTZ,STOPSCALLDELAYINCR0JMPFZUAN1ZZ1:CALLDELAY;鍵盤(pán)去干擾；按前進(jìn)按鈕消除抖動(dòng)JNBQJ,$；放開(kāi)了前進(jìn)按鈕嗎？CALLDELAY；放開(kāi)消除抖動(dòng)JMPZZUAN；步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)FZ1:CALLDELAYJNBHT,$CALLDELAYJMPFZUANLZ1:CALLDELAYJNBLZ,$CALLDELAYJMPLZUANRZ1:CALLDELAYJNBRZ,$CALLD

18、ELAYAJMPRZUANSTOPS:CALLDELAYJNBTZ,$CALLDELAYJMPSTOPS1LZUAN:MOVR0,#0AH;左轉(zhuǎn)LZUAN1:MOVA,R0MOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTRJZLZUAN;CPLAMOVOUT,AJNBQJ,ZZ1JNBHT,FZ1JNBRZ,RZ1JNBTZ,STOPSCALLDELAYINCR0JMPLZUAN1RZUAN:MOVR0,#0fH;右轉(zhuǎn)RZUAN1:MOVA,R0MOVDPTR,#TABMOVCA,A+DPTR1，1，2正轉(zhuǎn)1，2反轉(zhuǎn);CPLAMOVOUT,AJNBQJ,ZZ1JNBHT,FZ1JNBLZ,LZ1JNBTZ,STOPSCAL