單片機(jī)課程設(shè)計之步進(jìn)電機(jī)控制器

14/15《步進(jìn)電機(jī)控制器》課程設(shè)計說明書課程名稱步進(jìn)電機(jī)控制器專業(yè)班級12級電信3班姓名學(xué)號吳月霞080212100張曼080212109房夢月080212119指導(dǎo)教師楊偉物理與電氣電學(xué)院 2014年6月12日目錄第一章目的與要求 2一設(shè)計要求 2（一）設(shè)計內(nèi)容 2（二）設(shè)計目的 2（三）設(shè)計要求 2第2章單片機(jī)功能及原理介紹 351單片機(jī)功能： 3第3章步進(jìn)電機(jī)的原理介紹 43.1步進(jìn)電機(jī)工作原理： 43.2步進(jìn)電機(jī)的基本術(shù)語 43.3信號分配 5第四章電路分析 54.1步進(jìn)電動機(jī)脈沖序列信號與轉(zhuǎn)速控制 54.2步進(jìn)電機(jī)方向與步距角的控制 64.3步進(jìn)電機(jī)時序表： 64.4步進(jìn)電機(jī)設(shè)計方框圖 74.4.1步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路 74.4.2硬件連線圖 8第五章程序設(shè)計 85.1流程圖 85.2匯編程序 10第六章課程設(shè)計心得體會 12參考文獻(xiàn) 13第一章目的與要求綜合運用所學(xué)的《單片機(jī)原理與應(yīng)用》理論知識，通過實踐加強(qiáng)對所學(xué)知識的理解，具備設(shè)計單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的能力，以單片機(jī)為核心設(shè)計一個步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，要求能夠通過鍵盤設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，并且設(shè)置啟動與停止。本課題以單片機(jī)為核心，設(shè)計并制作出步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。一設(shè)計要求（一）設(shè)計內(nèi)容：用AT89C52單片機(jī)設(shè)計一個步進(jìn)電機(jī)控制器（二）設(shè)計目的：（1）了解單片機(jī)軟件編程和調(diào)試能力，為以后的學(xué)習(xí)和開發(fā)工作打下強(qiáng)勁基礎(chǔ)；(2）掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理和工作方式；(3）在（1）、（2）基礎(chǔ)上，使用按鈕控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行啟動，正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速，停止。（三）設(shè)計要求： （1）用AT89C52控制一個四相步進(jìn)電機(jī) （2）按下不同的鍵，可控制步進(jìn)電機(jī)的啟動與停止、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、加速與減速。 （3）擴(kuò)展：用LED燈及數(shù)碼管顯示步進(jìn)電機(jī)的運動狀態(tài)。（4）繪制完整的步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路圖。（5）撰寫課程設(shè)計說明書。說明書中要求有主程序流程圖、關(guān)鍵程序流程圖。（三）實驗器材:用到的元器件主要有：STC89C52芯片、ULN2003驅(qū)動芯片、四相五線制步進(jìn)電動機(jī)、LED燈，數(shù)碼管。第2章單片機(jī)功能及原理介紹51單片機(jī)功能：51系列單片機(jī)中典型芯片(AT89C52)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2個16b的定時／計數(shù)器TO和T1，4個8b的工／O端I：IP0，P1，P2，P3，一個全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程、可擦除只讀存儲器(E~PROM)，使其在實際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。該系列單與封裝如圖一所示。圖一AT89C52RC系列單片機(jī)提供以下功能：8kB存儲器；256BRAM；32條工／O線；2個16b定時／計數(shù)器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以及時鐘電路。52系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用它的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下讓步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)功能。第3章步進(jìn)電機(jī)的原理介紹3.1步進(jìn)電機(jī)工作原理：步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動機(jī)。它將電脈沖信號轉(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)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變得非常的簡單。電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制和速度控制：當(dāng)電機(jī)繞組通電時序為AB-B-BC-C-CD-D-DA-A時為正轉(zhuǎn)，通電時序為A-AD-D-DC-C-CB-B-BA時為反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路，微電腦向步進(jìn)電機(jī)輸入端傳送1或0信息，則可實現(xiàn)上述操作。通過不同長度的延時來得到不同頻率的步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖，從而得到多種步進(jìn)速度，也就是改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度。3.2步進(jìn)電機(jī)的基本術(shù)語相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)，常用m表示。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相八拍運行方式即AB-B-BC-C-CD-D-DA-A四相四拍運行方式A-B-C-D。步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。3.3信號分配：四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-DA-A,步距角為0.087度。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)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的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。第四章電路分析4.1步進(jìn)電動機(jī)脈沖序列信號與轉(zhuǎn)速控制要步進(jìn)電機(jī)可以“步進(jìn)”就得產(chǎn)生下圖所示的脈沖序列。此脈沖序列是用周期、脈沖高度、通斷時間來表征的。數(shù)字電路中，脈沖高度由元件電平?jīng)Q定，如TTL電平為0～5V，COMS電平為0～10V。步進(jìn)電機(jī)的每一步的響應(yīng)。都需要一定的時間，即一個高脈沖要保留一定的時間，以便電機(jī)完全達(dá)到一定的位置。通斷的時間可以利用延時在軟件中實現(xiàn)，這決定了步進(jìn)電機(jī)的實際工作速率。圖4脈沖序列4.2步進(jìn)電機(jī)方向與步距角的控制步進(jìn)電動機(jī)的勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全步勵磁又有1相勵磁及2相勵磁之分，而半步勵磁又稱1—2相勵磁。每輸出一個脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)即可連續(xù)轉(zhuǎn)動。本設(shè)計選擇半步勵磁（1—2相勵磁）：1—2相勵磁法為1相與2相輪流交替導(dǎo)通。因分辨率提高，且運轉(zhuǎn)平滑，每送一勵磁信號可走0.087度。若以1—2相勵磁法控制步進(jìn)電動機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵磁順序如下所示(若勵磁信號反向傳送，則步進(jìn)電動機(jī)反轉(zhuǎn))：勵磁順序：AB—B—BC—C—CD—D—DA-A通常步進(jìn)電機(jī)步距角β的一般計算按下式計算。β=360°/（Z·m·K）式中β―步進(jìn)電機(jī)的步距角；Z―轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m―步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)；K―控制系數(shù)，是拍數(shù)與相數(shù)的比例系數(shù)4.3步進(jìn)電機(jī)時序表：步序控制位控制模型工作狀態(tài)DCBA1001103HAB2001002HB3011006HBC4010004HC511000CHCD6100008HD7100109HDA8000101HA4.4步進(jìn)電機(jī)設(shè)計方框圖UNLUNL2003AT89C52控制端口時鐘電路控制端口時鐘電路驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電機(jī)開關(guān)控制開關(guān)控制步進(jìn)電機(jī)4.4.1步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路4.4.2硬件連線圖第五章程序設(shè)計5.1流程圖開始開始初始化設(shè)置快速正轉(zhuǎn)中斷P2.0中斷P2.0取反P2.0=0?P2.0=0?慢速正轉(zhuǎn)Y慢速正轉(zhuǎn)NP3.1=0?P3.1=1?反轉(zhuǎn)P3.3=1?P3.3=1?P3.3=1？P3.3=1？P3.3=1？P3.3=1？P3.1=0?P3.1=0?P3.1=1?反轉(zhuǎn)P3.3=1?P3.3=1?P3.3=1？P3.3=1？P3.3=1？P3.3=1？P3.1=0?NYYP3.1=0?NNP3.3=1?P3.1=0?NNP3.3=1?NN NYY中斷慢速YYYNNNY5.2匯編程序：ORG0000HLJMPSTARTORG0003HLJMPINTT0ORG0030HSTART:SETBEASETBIT0SETBEX0MOVR0,#0MOVR7,#8CLRP2.0;加速燈亮L1:CLRP2.7;正轉(zhuǎn)開始MOVP1,#0A4H;正轉(zhuǎn)數(shù)碼管顯示2MOVDPTR,#TAB1MOVA,R0INCR0LCALLDELAY1MOVCA,@A+DPTRMOVP0,AJNBP2.0,JIAN;判斷加減速LCALLDELAY2JIAN:DJNZR7,L4MOVR0,#00HMOVR7,#08HL4:JNBP3.1,L2;判斷正反轉(zhuǎn)JBP3.3,L7L5:JBP3.3,L8;判斷停啟LJMPL5L7:LJMPL1L2:CLRP2.5;反轉(zhuǎn)部分MOVP1,#0F9H;反轉(zhuǎn)數(shù)碼管顯示1MOVR0,#00HMOVR7,#08HL3:MOVDPTR,#TAB2MOVA,R0INCR0MOVCA,@A+DPTRMOVP0,ALCALLDELAY1DJNZR7,L6MOVR0,#00HMOVR7,#08HJBP3.3,L6L21:JBP3.3,L20LJMPL21L6:JNBP3.0,L1JNBP2.0,L28LCALLDELAY2L28:LJMPL3L8:MOVP1,#0C0H;正轉(zhuǎn)停止數(shù)碼管顯示0JBP3.3,L9L10:JBP3.3,L1LJMPL10L9:LJMPL8L20:MOVP1,#0C0H;反轉(zhuǎn)停止數(shù)碼管顯0JBP3.3,L22L23:JBP3.3,L2LJMPL23L22:LJMPL20INTT0:CPLP2.0:減速燈滅RETIDELAY1:MOVR4,#15:快速延時子程序DEL2:MOVR3,#25DEL3:DJNZR3,DEL3DJNZR4,DEL2RETDELAY2:MOVR6,#30:延時子程序DEL6:MOVR5,#30DEL5:DJNZR5,DEL5DJNZR6,DEL6RETTAB1:DB03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H,01HTAB2:DB01H,09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03HEND第六章課程設(shè)計心得體會此次課程設(shè)計也許我們小組的每一