基于單片機(jī)的三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

.z--.總結(jié)資料電氣與電子工程學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生指導(dǎo)教師評(píng)分2016年06月20日至06月24日-.z-.總結(jié)資料目錄摘要21設(shè)計(jì)任務(wù)32方案32.1設(shè)計(jì)思路與方案32.2總體設(shè)計(jì)框圖43系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理說(shuō)明53.1步進(jìn)電機(jī)控制工作原理53.1.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理53.1.2步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂?3.1.3步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制63.2步數(shù)顯示模塊原理64硬件設(shè)計(jì)74.1系統(tǒng)總原理圖74.2各局部硬件原理圖設(shè)計(jì)74.2.1單片機(jī)控制模塊74.2.2按鍵選擇工作狀態(tài)模塊84.2.3步進(jìn)電機(jī)工作模塊94.2.4工作狀態(tài)顯示模塊104.2.54位數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊105軟件設(shè)計(jì)125.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)125.2步進(jìn)電機(jī)工作模塊135.2.1步進(jìn)電機(jī)的工作方式說(shuō)明135.2.2設(shè)計(jì)說(shuō)明及流程圖145.3數(shù)碼管步數(shù)顯示模塊156仿真調(diào)試記錄177心得體會(huì)18參考文獻(xiàn)19附錄：程序清單20摘要本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)的三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)輸入脈沖信號(hào)進(jìn)展控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖總數(shù)決定，因此，單片機(jī)通過(guò)向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有本錢(qián)低、使用靈活的特點(diǎn)，該系統(tǒng)采用80C51單片機(jī)作為主控芯片，來(lái)完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及LED顯示的控制。本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)80C51，3相步進(jìn)電機(jī)，7段數(shù)碼管，及一些其他相關(guān)元件設(shè)計(jì)而成，分為按鍵選擇工作狀態(tài)模塊、步進(jìn)電機(jī)工作模塊、LED二極管顯示工作狀態(tài)模塊以及4位數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊。可以通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制系統(tǒng)的啟/停工作，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用開(kāi)關(guān)來(lái)控制方向，并使相應(yīng)的指示燈亮起，同樣由開(kāi)關(guān)來(lái)選擇工作模式。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用4位7段數(shù)碼管來(lái)輸出步數(shù)。最后根據(jù)思路所設(shè)計(jì)出來(lái)的硬件圖設(shè)計(jì)相適應(yīng)的軟件。電路構(gòu)造簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)思路清晰，同時(shí)利用Proteus進(jìn)展聯(lián)調(diào)仿真，結(jié)果比擬直觀。仿真結(jié)果收到了預(yù)期的效果。關(guān)鍵字：三相步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)、PROTEUS仿真1設(shè)計(jì)任務(wù)〔一〕設(shè)計(jì)三相反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖分配器，接收脈沖輸入，要求三相單三拍、三相六拍運(yùn)行方式控制〔電平〕，正反轉(zhuǎn)控制〔電平〕。系統(tǒng)具有如下功能：用K0-K2做為通電方式選擇鍵，K0為三相單三拍，K1為三相雙三拍，K2為三相六拍；K3為啟動(dòng)/停頓控制、K4方向控制；用4位LED數(shù)碼管顯示工作步數(shù)。用3個(gè)發(fā)光二極管顯示狀態(tài)：正轉(zhuǎn)時(shí)紅燈亮，反轉(zhuǎn)時(shí)黃燈亮，不轉(zhuǎn)時(shí)綠燈亮；〔二〕任務(wù)分析步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)展控制,并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的執(zhí)行器，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,這個(gè)角度稱為步距角。由于受脈沖的控制,其轉(zhuǎn)子的角位移量和速度嚴(yán)格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比。三相反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)造如圖1.8所示。電機(jī)定子有六個(gè)磁極，相對(duì)的磁極為同一繞組勵(lì)磁，整個(gè)電機(jī)有三個(gè)繞組，按Y形接法接線。轉(zhuǎn)自為軟磁材料，無(wú)繞組。假設(shè)繞組通電順序?yàn)棰?Ⅱ-Ⅲ-Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-…，則電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；假設(shè)繞組通電順序?yàn)棰?Ⅲ-Ⅱ-Ⅰ-Ⅲ-Ⅱ-…，則電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。此種控制方式稱為三相單三拍方式。假設(shè)通電順序?yàn)棰?ⅠⅡ-Ⅱ-ⅡⅢ-Ⅲ-ⅢⅠ-…〔逆時(shí)針〕，稱為三相六拍方式。步進(jìn)電機(jī)控制裝置發(fā)出運(yùn)行方式、旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度〔步數(shù)〕，前兩項(xiàng)一般由電平表示，后一項(xiàng)用脈沖個(gè)數(shù)表示。脈沖分配器根據(jù)步進(jìn)電機(jī)控制裝置發(fā)來(lái)的命令〔電平信號(hào)和脈沖〕使步進(jìn)電機(jī)按照要求的工作方式、旋轉(zhuǎn)方向及步數(shù)旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)磁極的旋轉(zhuǎn)有速率限制，如果過(guò)快，電動(dòng)時(shí)機(jī)出現(xiàn)失步現(xiàn)象〔轉(zhuǎn)自跟不上磁極的旋轉(zhuǎn)〕，特別是在電動(dòng)機(jī)的起停階段，要求有脈沖速率限制措施?！踩诚到y(tǒng)硬件原理圖圖1.9硬件原理框圖〔四〕系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖1.9硬件原理框圖為防止輸入脈沖頻率過(guò)快導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)失步，可將輸入脈沖在單片機(jī)緩存，之后在進(jìn)展脈沖分配，分配時(shí)注意脈沖速率。脈沖輸入模塊在每個(gè)輸入脈沖到來(lái)時(shí)，將緩存單元進(jìn)展加1計(jì)數(shù)；脈沖分配模塊時(shí)刻掃描緩存單元，當(dāng)緩存單元不為零時(shí)，使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步，之后緩存單元減1，減到0時(shí)停頓分配脈沖。為使三相電平同時(shí)變化，程序中應(yīng)予以考慮。非同步分配脈沖可能導(dǎo)致電機(jī)錯(cuò)轉(zhuǎn)。為使電動(dòng)機(jī)以最快速度運(yùn)行，脈沖分配速率應(yīng)按照梯形曲線分配，如圖1.10所示。圖示的含義是：開(kāi)場(chǎng)時(shí)〔零轉(zhuǎn)速〕脈沖分配要慢，當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)后，脈沖速率逐漸加快，并到達(dá)最高速率；當(dāng)要停頓時(shí)，也不可馬上停頓，必須先降低脈沖速率，最后降到零，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。圖1.10脈沖速率分配2方案2.1設(shè)計(jì)思路與方案本次設(shè)計(jì)是一個(gè)對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，而單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有本錢(qián)低、使用靈活的特點(diǎn)，此系統(tǒng)選用51單片機(jī)即可。根據(jù)要求整個(gè)設(shè)計(jì)大體可分為四塊：一是5個(gè)按鍵K0~K4將用戶所需來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)。我們將開(kāi)關(guān)連入單片機(jī)的P1口，通過(guò)按鍵開(kāi)關(guān)的上下電平狀態(tài)來(lái)讀入我們所需的控制信號(hào)。硬件上直接把開(kāi)關(guān)分別接在單片機(jī)的接口上，通過(guò)查詢端口信號(hào)來(lái)動(dòng)作，將控制信號(hào)處理。在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)局部時(shí)，還考慮到機(jī)械抖動(dòng)的影響，采取硬件方式—并聯(lián)電容來(lái)去抖。二是3個(gè)LED發(fā)光二極管的顯示步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)模塊。在設(shè)計(jì)要求中步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)是紅燈亮，反轉(zhuǎn)是黃燈亮，停頓不轉(zhuǎn)是綠燈亮。設(shè)計(jì)中將3個(gè)發(fā)光二極管分別接到單片機(jī)P3口，受到單片機(jī)的輸出信號(hào)控制。三是步進(jìn)電機(jī)的工作模塊。要想步進(jìn)電機(jī)按照我們想要的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，將步進(jìn)電機(jī)一端接到+12V的電源，一端接到單片機(jī)P3口，受單片機(jī)的輸出信號(hào)控制。四是4位數(shù)碼管顯示步數(shù)的模塊。設(shè)計(jì)中主要是利用軟件編程的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)步數(shù)的累計(jì)和顯示，同樣，4位數(shù)碼管接到單片機(jī)的P0口和P2口受單片機(jī)輸出信號(hào)的控制，在硬件上使用的是動(dòng)態(tài)顯示的接法。由此可知所需要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，可以通過(guò)不同按鍵來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)的工作方式，且有LED發(fā)光二極管來(lái)顯示電機(jī)對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)，除此之外還能在數(shù)碼管上顯示出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)。2.2總體設(shè)計(jì)框圖此系統(tǒng)主要由單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、步數(shù)顯示模塊、工作狀態(tài)控制與顯示模塊組成。整體框圖如圖1。圖1系統(tǒng)整體框圖3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理說(shuō)明3.1步進(jìn)電機(jī)控制工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的不同驅(qū)動(dòng)方式，都是在工作時(shí)，脈沖信號(hào)按一定順序輪流加到三相繞組上，從而實(shí)現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。由于通電順序不同，其運(yùn)行方式有三相單三相拍、三相雙三拍和三相單、雙六拍三種〔注意：上面“三相單三拍〞中的“三相〞指定子有三相繞組；“拍〞是指定子繞組改變一次通電方式；“三拍〞表示通電三次完成一個(gè)循環(huán)?！叭嚯p三拍〞中的“雙〞是指同時(shí)有兩相繞組通電〕。三相單三拍運(yùn)行方式：下頁(yè)圖所示為反響式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖，假設(shè)通過(guò)脈沖分配器輸出的第一個(gè)脈沖使A相繞組通電，B,C相繞組不通電，在A相繞組通電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)將使轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生反響轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子的1、3齒將與定子磁極對(duì)齊，如果圖〔a〕所示。第二個(gè)脈沖到來(lái)，使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(chǎng)將使轉(zhuǎn)子的2、4齒與B相磁極對(duì)齊，如圖〔b〕所示，與圖〔a〕相比，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)角度。第三個(gè)脈沖到來(lái)后，是C相繞組通電，而A、B相不通電，這時(shí)轉(zhuǎn)子的1、3齒會(huì)與C組對(duì)齊，轉(zhuǎn)子的位置如圖〔c)所示，與圖〔b)比擬，又逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)了一個(gè)角度。圖1.1反響式步進(jìn)電機(jī)工作原理圖當(dāng)脈沖不斷到來(lái)時(shí)，通過(guò)分配器使定子的繞組按著A相--B相--C相--A相……的規(guī)律不斷地接通與斷開(kāi)，這時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就連續(xù)不停地一步步的逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如果改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只要將定子各繞組通電的順序改為A相--C相--B相--A相，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向即改為順時(shí)針?lè)较?。單三拍分配方式時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由A相通電轉(zhuǎn)換到B相通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，稱為一步。這時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度是30度。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每一步轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。三相雙三拍運(yùn)行方式三相雙三拍運(yùn)行方式：每次都有兩個(gè)繞組通電，通電方式是AB--BC--CA--AB……，如果通電順序改為AB--CA--BC--AB……則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。雙三拍分配方式時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角也是30度三相單，雙六拍運(yùn)行方式：三相六拍分配方式就是每個(gè)周期有六個(gè)通電狀態(tài)。這六電狀態(tài)的順序可以使A--AB--B--BC--C--CA--A……或者A--CA--C--BC--B--AB--A……六拍通電方式中，有一個(gè)時(shí)刻兩個(gè)繞組同時(shí)通電，這時(shí)轉(zhuǎn)子齒的位置將位于通電的兩相的中間位置。在三相六拍分配方式下，轉(zhuǎn)子每一步轉(zhuǎn)過(guò)的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是15度。單三拍運(yùn)行的突出問(wèn)題是每次只有一相繞組通電，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，一相繞組斷電，另一相繞組通電，容易發(fā)生失步；另外單靠一相繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，穩(wěn)定性不好，容易在平衡位置附近震蕩，故用的較少。雙三拍運(yùn)行的特點(diǎn)是每次都有兩相繞組通電，且在轉(zhuǎn)換過(guò)程中始終有一相繞組保持通電狀態(tài)，因此工作穩(wěn)定，且步距角與單三拍一樣。六拍運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換時(shí)始終有一相繞組通電，且步距角較小，故工作穩(wěn)定性好，但電源較復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用較多。步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)由于其電氣特性,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感,即振動(dòng)感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑,減小振動(dòng),可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波,可以減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角,提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí),為了防止因慣性而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑,則需采用適宜的鎖定波形,產(chǎn)生鎖定磁力矩,鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸,使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制如果給定工作方式正序換相通電,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。假設(shè)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為三相六拍,即A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通電換相,即則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。其他方式情況類(lèi)似。3.2步數(shù)顯示模塊原理步數(shù)顯示模塊和工作狀態(tài)顯示模塊，都是通過(guò)單片機(jī)輸出信號(hào)控制發(fā)光二極管LED的亮滅。其中步數(shù)顯示模塊中LED構(gòu)成數(shù)碼管，要求顯示4位十進(jìn)制數(shù)，故用到4位數(shù)碼管。要控制多位的顯示電路，需要有字段控制和字位控制?？刂品绞椒譃殪o態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式，每一位的顯示器都需要配一個(gè)8位輸出口來(lái)輸出該字位的七段碼，需要片外擴(kuò)展輸出口。而動(dòng)態(tài)顯示方式將各數(shù)碼管的對(duì)應(yīng)字段的引腳都并聯(lián)在一起，線路簡(jiǎn)單，減少接口，不需片外擴(kuò)展。這里選用動(dòng)態(tài)顯示方式。4硬件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總原理圖圖3系統(tǒng)總原理圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求用PROTEUS所做的硬件連線圖如圖3。4.2各局部硬件原理圖設(shè)計(jì)單片機(jī)控制模塊單片機(jī)選用最經(jīng)典的80C51，其4個(gè)I/O口都要用到，P3接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及工作狀態(tài)顯示模塊，P0和P2分別接步數(shù)顯示中對(duì)數(shù)碼管的字段控制及數(shù)碼管片選，P1接工作狀態(tài)控制電路,，時(shí)鐘用部方式需外接晶體振蕩器。硬件圖如圖4所示。圖4單片機(jī)模塊原理圖此設(shè)計(jì)中接的是12MHZ的晶振，故一個(gè)機(jī)器周期為1/12us。根據(jù)經(jīng)歷數(shù)據(jù)，與晶振一起的兩個(gè)電容設(shè)為15PF。單片機(jī)的VCC和GROUD都隱藏了，已自動(dòng)接好，VCC應(yīng)設(shè)為+5V。按鍵選擇工作狀態(tài)模塊首先我們來(lái)考慮所有機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵在狀態(tài)輸出時(shí)的共性問(wèn)題就是按鍵抖動(dòng)問(wèn)題，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性振動(dòng)，按鍵在按下時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通而在彈起時(shí)也不能一下子完全地?cái)嚅_(kāi)，因而在按鍵閉合和斷開(kāi)的瞬間均會(huì)出現(xiàn)一連串的抖動(dòng)，這稱為按鍵的抖動(dòng)干擾。這種抖動(dòng)可能會(huì)造成按一次鍵產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)狀態(tài)被CPU誤讀幾次。為了使CPU能正確地讀取按鍵狀態(tài)，本次設(shè)計(jì)中我們采用并聯(lián)電容消抖法，利用電容的放電延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖5所示，這是唯一的一塊輸入模塊的設(shè)計(jì)。5個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)一端通過(guò)電阻接高電平，另一端全部接到地，其中接高電平的一端對(duì)應(yīng)也接到單片機(jī)的P1口分別為P1.0~P1.4。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，就是輸入到單片機(jī)對(duì)應(yīng)端口高電平，而開(kāi)關(guān)閉合，是使端口接地，輸入低電平。所以這個(gè)設(shè)計(jì)中開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)才是有效的。各按鍵功能：〔1〕K0-K2為工作模式控制開(kāi)關(guān)，KO接電時(shí)，為步進(jìn)電機(jī)單三拍工作模式；K1接電時(shí)，為步進(jìn)電機(jī)雙三拍工作模式；K2接電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)工作模式為三相六拍。〔2〕K3為啟/?？刂崎_(kāi)關(guān)，控制整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)啟和關(guān)閉?！?〕K4為正/反轉(zhuǎn)控制開(kāi)關(guān)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。圖5按鍵模塊原理圖步進(jìn)電機(jī)工作模塊將三相步進(jìn)電機(jī)三個(gè)端口直接接到單片機(jī)P3.0~P3.2即可，另三個(gè)端口接到+12V的高電平給步進(jìn)電機(jī)供電。只需在軟件編寫(xiě)上控制算法便可以調(diào)節(jié)這三個(gè)端口的上下電平來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)啟與停頓，正反轉(zhuǎn)以及工作模式。步進(jìn)電機(jī)硬件接線圖如圖6所示。圖6步進(jìn)電機(jī)模塊原理圖工作狀態(tài)顯示模塊LED發(fā)光二極管顯示步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，它們分別接到單片機(jī)的P3.3~P3.5。如圖7，讓單片機(jī)輸出通過(guò)一個(gè)反相器再接到LED陰極，LED陽(yáng)極接VCC。這樣可以提高電流，有利于二極管的導(dǎo)通，我們可以通過(guò)控制P3口的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)LED的亮滅。圖7工作狀態(tài)顯示模塊原理圖4.2.54位數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來(lái)表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。P0口和P2口的前四個(gè)分別接步數(shù)顯示中對(duì)數(shù)碼管的字段控制及數(shù)碼管片選，如圖8所示，這里主要是由軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸出的控制。圖8數(shù)碼管顯示模塊原理圖5軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)數(shù)碼管顯示清零啟動(dòng).選擇工作模式正轉(zhuǎn).b賦予正向指針增量b賦予反向指針增量紅燈亮黃燈亮P3輸出控制模塊使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)P1口改變.步數(shù)自增一調(diào)用步數(shù)顯示程序綠燈亮NNNYYY圖9系統(tǒng)總流程圖設(shè)計(jì)說(shuō)明：首先是數(shù)碼管顯示清零，單片機(jī)再讀入P1口輸入的按鍵狀態(tài)，先判斷是否啟動(dòng)，如果沒(méi)有啟動(dòng)則是綠燈亮并再判斷，如果啟動(dòng)了，就接著判斷所需的電機(jī)工作模式，再讀入P1口狀態(tài)判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)向，輸出控制信號(hào)為正轉(zhuǎn)紅燈亮，反轉(zhuǎn)黃燈亮，由此可以讓步進(jìn)電機(jī)按照指定的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，并且累計(jì)步數(shù)再顯示到數(shù)碼管上。最后檢驗(yàn)P1口是否狀態(tài)改變，如果改變則步數(shù)清零重新開(kāi)場(chǎng)判斷，不改變則繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。5.2步進(jìn)電機(jī)工作模塊步進(jìn)電機(jī)的工作方式說(shuō)明〔1〕三相單三拍工作方式在這種工作方式下,A、B、C三相輪流通電,電流切換三次,磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子向前轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。因此這種通電方式叫做三相單三拍工作方式。這時(shí)步距角(度)為：

eq\o\ac(○,1)式中:m──定子相數(shù);z──轉(zhuǎn)子齒數(shù)表1單三拍的相位控制步序控制位工作狀態(tài)控制模型P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2C相P1.1B相P1.0A相100000001A01H200000010B02H300000100C04H〔2〕三相雙三拍工作方式這種工作方式每次都是有兩相導(dǎo)通,兩相繞組處在一樣電壓之下,以AB─BC─CA─AB(或反之)方式通電,故稱為雙三拍工作方式。以這種方式通電,轉(zhuǎn)子齒所處的位置相當(dāng)于六拍控制方式中去掉單三拍后的三個(gè)位置。它的步距角計(jì)算公式與單三拍時(shí)的公式一樣。表2雙三拍的相位控制步序控制位工作狀態(tài)控制模型P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2C相P1.1B相P1.0A相100000011AB03H200000110BC06H300000101CA05H〔3〕三相六拍工作方式在這種工作方式下,繞組以A—AB—B—BC—C—CA—A時(shí)序(或反時(shí)序)轉(zhuǎn)換6次,磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子前進(jìn)一個(gè)齒距,每次切換均使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)1.5°,故這種通電方式稱為三相六柏工作方式。其步距角為：

eq\o\ac(○,2)表3六拍的數(shù)學(xué)模型步序控制位工作狀態(tài)控制模型P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2C相P1.1B相P1.0A相100000001A01H200000011AB03H300000010B02H400000110BC06H500000100C04H600000101CA05H設(shè)計(jì)說(shuō)明及流程圖設(shè)計(jì)說(shuō)明：在此設(shè)計(jì)中，采用的是三相步進(jìn)電機(jī)，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)模塊的程序設(shè)計(jì)采用循環(huán)程序設(shè)計(jì)方法。先把正反轉(zhuǎn)向的控制模型存放在存單元中，然后再逐一從單元中取出控制模塊并輸出。首先啟動(dòng)，通過(guò)P1口讀入所需的工作方式，即選擇步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)，然后讀入正反轉(zhuǎn)的控制，再來(lái)輸出對(duì)應(yīng)的控制模型來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。分模塊入口分模塊入口P1.2=1?P1.1=1?P1.0=1?無(wú)信號(hào)輸出三相單三拍三相單雙六拍拍三相雙三拍分模塊出口YYYNNN圖10三相步進(jìn)電機(jī)工作流程圖5.3數(shù)碼管步數(shù)顯示模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明：步數(shù)顯示模塊是整個(gè)程序里的一個(gè)子程序。其是用4位八段數(shù)碼管來(lái)顯示工作步數(shù)。先將要顯示的數(shù)化為10進(jìn)制數(shù)，每位分別儲(chǔ)存，從P0口輸出顯示碼，P2口輸入位選碼，需要一定的延時(shí)，讓此位數(shù)字顯示閃爍出來(lái)。然后修改數(shù)組地址，求下一位位選碼繼續(xù)顯示，直至輸出四位數(shù)。這個(gè)掃描過(guò)程重復(fù)50次，保證人眼能觀察到步數(shù)顯示。流程圖如圖11：取出要顯示的數(shù)據(jù)取出要顯示的數(shù)據(jù)送一位位段碼到P0口輸出送位選碼到P2.0-P2.3輸出延時(shí)4位顯示完修改數(shù)組地址求下一位選碼將該數(shù)據(jù)化為10進(jìn)制數(shù)，每位分別儲(chǔ)存掃描50次完計(jì)數(shù)減1開(kāi)場(chǎng)返回圖11數(shù)碼管顯示模塊流程圖6仿真調(diào)試記錄如圖12所示，中選擇電機(jī)工作在單三拍，反轉(zhuǎn)的模式下，K0斷開(kāi)，K1、K2、K4、閉合，系統(tǒng)啟動(dòng)，K3斷開(kāi)，電機(jī)開(kāi)場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。LED四位顯示屏顯示工作步數(shù)，LED指示燈黃燈亮顯示電機(jī)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。圖12仿真圖如圖13所示，此種工作方式下步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度：圖13步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度7心得體會(huì)本次課設(shè)為期一周，所以時(shí)間比擬緊，給課設(shè)的順利完成增加了難度。單片機(jī)原理是一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，在這次課設(shè)中，我充分感受到了這一點(diǎn)，在教師給的課題之中，是來(lái)自于各個(gè)方面各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，不得不說(shuō)，計(jì)算機(jī)控制很強(qiáng)大，確實(shí)改變了我們的生活。課設(shè)里最困難的局部就是編寫(xiě)程序和仿真調(diào)試，也許硬件連接沒(méi)問(wèn)題，程序運(yùn)行沒(méi)問(wèn)題，但是，當(dāng)把程序?qū)?，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)就是不轉(zhuǎn)，燈就是不亮，數(shù)碼管就是亂跳，這是很考驗(yàn)?zāi)托牡臅r(shí)候，一遍一遍地去調(diào)試程序，修改連接局部，有時(shí)真的看著很崩潰，但是當(dāng)你不放棄地調(diào)試，才有仿真成功的可能,在這種反復(fù)中，對(duì)我們自身的能力是提高很多的。另一個(gè)收獲就是關(guān)于軟件的使用了。PROTEUS,KEIL51,以前好似也用過(guò)，但是平時(shí)較少接觸，這次的課設(shè)讓我比擬熟練的掌握了這兩個(gè)學(xué)習(xí)軟件強(qiáng)大的功能，而且發(fā)現(xiàn)從PROTEUS里導(dǎo)出來(lái)的電路圖特別漂亮和清晰。單片機(jī)原理一直是自己比擬喜歡的一門(mén)學(xué)科，拿到課程設(shè)計(jì)的題目也想著可以好好檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)成果，一直認(rèn)為，期末考試是所謂的應(yīng)試教育，而課程設(shè)計(jì)似乎更加地考驗(yàn)所學(xué)的知識(shí)，所謂實(shí)踐與理論相結(jié)合就是這個(gè)道理吧。課程設(shè)計(jì)總能讓我有一種我站在山面前的感覺(jué)，看上去比擬陌生高大，但是攀登的技巧早已在平時(shí)的學(xué)習(xí)中習(xí)得，不斷地去攀登，不斷地在回味課堂上教師講的東西，書(shū)本上的東西，這是一種奇妙的體驗(yàn)。我明白遇到的電路或者課題并不一定在你的知識(shí)圍之，而面對(duì)新的東西，我們要冷靜地去尋求解決之道，去搜尋網(wǎng)絡(luò)資源，圖書(shū)館資源以及和同學(xué)們的討論之中，再結(jié)合自己所學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)吃透理解那些未知的東西，擴(kuò)寬知識(shí)面，這樣就會(huì)覺(jué)得學(xué)到了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)課堂的東西，但是卻源于課堂，想必這就是課設(shè)的意義吧，很有收獲。參考文獻(xiàn)[1]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì).：清華大學(xué).2005.

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[6]靖武，周靈彬編著.?單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真?.：電子工業(yè)，2007.附錄：程序清單*include<reg51.h>*include<stdio.h>voiddelay1(void);voiddelay2(void);voiddisplay(int);intbs=0;main(){chara,b,c,d,j,*q,done1[8]={0*01,0*02,0*04,0*00,0*01,0*04,0*02,0*00},done2[8]={0*03,0*06,0*05,0*00,0*03,0*05,0*06,0*00},done3[14]={0*01,0*03,0*02,0*06,0*04,0*05,0*00,0*01,0*05,0*04,0*06,0*02,0*03,0*00}; L:a=P1; while(!(a&0*08))//判斷是否啟動(dòng)，假設(shè)沒(méi)啟動(dòng)則重新判斷 {P3=0*08; delay1();a=P1;}//判斷工作模式 if(a&0*01)//方式1模型 q=done1; elseif(a&0*02)//方式2模型 q=done2; elseif(a&0*04)//方式3模型 q=done3;//判斷電機(jī)轉(zhuǎn)向 if(a&0*10)//判斷電機(jī)是否要正轉(zhuǎn) {P3=0*10;//P1.4口