步進(jìn)電機(jī)順序控制

目錄☆摘要……………2☆A(yù)bstract………………………3☆課題任務(wù)………………………3☆第一章總體方案設(shè)計………4☆第二章51系列單片機(jī)介紹2.1.51系列單片機(jī)的引腳功能…………52.2I/O端口線輸入輸出引腳…………52.3控制線控制引腳…………………62.4外接晶體端…………62.551系列單片機(jī)的時序………………6☆第3章．系統(tǒng)部件設(shè)計3.1AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)……………73.2PC機(jī)與單片機(jī)串行通信接口設(shè)計…………………73.3步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路設(shè)計…………83.3.1步進(jìn)電機(jī)概述……………………81步進(jìn)電機(jī)特點………82步進(jìn)電機(jī)分類………93步進(jìn)電機(jī)原理……………………103.3.2L298N工作原理及驅(qū)動原理……103.48段數(shù)碼管接口設(shè)計……………113.4.1數(shù)碼管簡介……………………113.4.2數(shù)碼管連接方式………………123.5光電傳感器……………13……………14…………………20☆第4章.程序☆參考文獻(xiàn)☆致謝……………………211摘要本設(shè)計首先介紹了ATC89C52單片機(jī)，L298N驅(qū)動電路及步進(jìn)電機(jī)的基本原理與功能；其次,設(shè)計步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)順序起停的控制方案；再次，在這些器件功能與特點的基礎(chǔ)上，擬出設(shè)計思路，構(gòu)建系統(tǒng)的總體框架；最后利用PROTEL軟件繪出電路圖，同時寫出設(shè)計系統(tǒng)的運(yùn)行流程和相關(guān)程序。整個系統(tǒng)通過寫入單片機(jī)中的程序分配好控制字的存儲單元以及相應(yīng)的內(nèi)存地址賦值；啟動系統(tǒng)后，從單片機(jī)的I/O口輸出控制脈沖，經(jīng)過L298N驅(qū)動電路對脈沖進(jìn)行處理，輸出能直接控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號。在此基礎(chǔ)上，重新分配I/O資源，同時增加驅(qū)動芯片L298N的個數(shù)，在允許范圍內(nèi)，就能實現(xiàn)兩臺臺步進(jìn)電機(jī)順序起停向的控制。關(guān)鍵詞：單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、L298N2AbstractThepaperfirstlyintroducesbasicprinciplesandfunctionsofATC89C52MCU,L298Ndrivecircuitsandsteppingmotor,secondlydesignsthecontrolplanofsteppingmotortorealizestartingandstopping,thirdlyproducesthethoughtofdesignandbuildstheframeofsystembasedontheprinciplesandfunctionsofthesecomponents,lastlydesignscircuitdiagraminPROTELandliststheoperatingprocessofdesignsystemandrelatedprograms.ThewholesystemdistributessavedunitsandcomposesvaluesaccordtocorrespondingmemoryaddressesthroughtheprogramswritteninMCU.Afterstartingthesystem,I/OinterfaceofMCUoutputscontrolpulses,whicharehandledbyL298Ndrivecircuits,thenoutputspulsesignalswhichcandirectlycontrolsteppingmotors.Inthisfoundation,theMCUredistributestheI/OresourcesandaddsupthenumberofdrivechipsofL298N,inthemeantimethedesigncanrealizemanysteppingmotors’independentstartingandstoppingintheload'scapability.Keywords：ATC89C52MCU、steppingmotor、L298N課題任務(wù)：兩臺步進(jìn)電機(jī)順控制））用）3第一章總體方案設(shè)計根據(jù)設(shè)計題目要求，設(shè)計出的系統(tǒng)框圖如圖1所示整個系統(tǒng)通過寫入單片機(jī)中的程序分配好控制字的存儲單元以及相應(yīng)的內(nèi)存地址賦值；啟動系統(tǒng)后，從單片機(jī)的I/O口輸出控制脈沖，經(jīng)過驅(qū)動電路對脈沖進(jìn)行處理，輸出能直接控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號。在此基礎(chǔ)上，重新分配I/O資源，同時增加驅(qū)動芯片L298N的個數(shù)，在允許范圍內(nèi)，就能實現(xiàn)兩臺臺步進(jìn)電機(jī)順序起停的控制。用LED電機(jī)2的停止。總體結(jié)構(gòu)圖見附錄圖14第二章51系列單片機(jī)介紹2.151系列單片機(jī)的引腳功能圖2微型單片機(jī)的引腳2.2I/O端口線輸入輸出引腳P0.0—P0.7(39—32)P0口是一個漏極開路型準(zhǔn)雙向I／O口。在訪問外部(低8位)部的上拉電阻。在EPROM編程時，它接收指令字節(jié)，而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。驗證時，要求外接上拉電阻。P1.0—P1.7(1-8)：P1口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口。在EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。P2.0—P2.7(21-28)：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口。在8EFROM收高8位地址。P3.0—P3.7(10-17)：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I／O口。在MCS—5l8個引腳還兼有專用功能，P3的8見表1-1-1。圖352.3控制線控制引腳（ALE／PROG、、、RST／VPD）ALE用于控制P0口輸出的低8ALE是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖，因此,可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。（29腳）外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部ROM時，有效（低電ROM單元的讀操作。ROM的讀ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延至外部程序存儲器。RST／Vpp(9腳)復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個機(jī)器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。2.4外接晶體端XTAL1（１９腳）和XTAL2（１８腳）外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時部時鐘脈沖信號。主電源引腳高VＣＣ和低VＳＳ；VCC（４０腳）+5V電源；VSS（２０腳）以上是MCS-51單片機(jī)芯片40實訓(xùn)電路找到相應(yīng)引腳，在電路中查看每個引腳的連接使用。2.551系列單片機(jī)的時序805l的基本時序周期一條指令譯碼產(chǎn)生的一系列微操作信號在時間上有嚴(yán)格的先后次序，這種次序就是計算機(jī)的時序。其基本時序周期有如下四種。●振蕩周期：指振蕩源的周期，若為內(nèi)部產(chǎn)生方式，則為石英晶體的振蕩周期。T振蕩周期＝１/fosc;●時鐘周期：(稱S周期)為振蕩周期的兩倍，時鐘周期＝２倍的振蕩周期T時鐘周期=2*T振蕩周期;●機(jī)器周期：一個機(jī)器周期含6個時鐘周期(S周期)T機(jī)器周期＝6*T時鐘周期＝12*T振蕩周期＝１2/fosc;STC12CXX系列單片機(jī)有1/機(jī)器周期。6●指令周期：完成一條指令占用的全部時間。805l的指令周期含1—4個機(jī)器周期，其中多數(shù)為單周期指令，還有2周期和4周期指令。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1AT89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)89C52內(nèi)部有8K閃存存儲器，芯片本身就是一個最小系統(tǒng)。用這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)，簡單、可靠。用其構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上時鐘電3程序。圖3AT89C52最小系統(tǒng)3.2PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信接口設(shè)計目前串行通信總線的標(biāo)準(zhǔn)接口主要有:(1)RS-232C,RS232E;(2)RS-449(RS-422,RS-423和RS-485);(3)20mA電流環(huán);(4)USB通用接口。其中RS-232C(RSRecommendedStandard)串行通信總線使用最為廣泛。RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會(EIA)正式公布的、在異步串行通信中應(yīng)用7方便,易于實現(xiàn)且成本較低等特點,但由于抗干擾能力差,適合于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合。對于本系統(tǒng),只要求近距離(F10m)點對點通信,而且周圍環(huán)境的電氣影響較低,所以本系統(tǒng)采用成本較低RS232CRS232C標(biāo)準(zhǔn),邏輯0電平規(guī)定為+5～+15V之間,邏輯1電平為-5～-15V之間。因此,要實現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信,不能將其線路直接相連,RS-232C驅(qū)動器與單片機(jī)的TTL電平連接必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是MAXIMIC芯片,適用于各種EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器,可以把輸入的+5V電源電壓變換成RS-232C輸出電平所需的±10V,在沒有±12V電源的場合尤為合適,而且價格適中,硬件接口簡單,所以本系統(tǒng)采用MAX232CSE作為收發(fā)器芯片。電路原理如圖4所示:圖4MAX232電路原理圖3.3步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路設(shè)計3.3.1步進(jìn)電機(jī)概述1、步進(jìn)電機(jī)的特點步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī)或階躍電機(jī)，國外一般稱st印motor或st印pingmotor、pulsemotor、st印permotor等。目前，隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)以及電動機(jī)本體的發(fā)展和變化，傳統(tǒng)電機(jī)分類間的界面越來越模糊。就傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)來說，步進(jìn)電機(jī)可以簡單地定義為：8的同步電動機(jī)。步進(jìn)電機(jī)具有其自身的特色，歸納起來有：1．可以用數(shù)字信號直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個系統(tǒng)簡單廉價；2．直接接收數(shù)字信號，不必進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，使用方便。3．位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以要求更高精度時組成閉環(huán)控制系統(tǒng)；4．無刷，電動機(jī)本體部件少，可靠性高；5．易于起動、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好；6．停止時，可有自鎖功能；7．步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下，通?？梢栽谠降退傧乱愿咿D(zhuǎn)矩運(yùn)行，因而可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動負(fù)載工作；8．速度可以相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。同時用一臺控制器控制幾臺步進(jìn)電機(jī)可使它們完全同步運(yùn)行；9．不能直接使用普通的交流電源驅(qū)動。2、步進(jìn)電機(jī)的分類和組合式三大類型。按結(jié)構(gòu)特點電磁式步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)最為廣泛的為反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電機(jī)。(1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(ⅥlriableReluctance，簡稱vR)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有單段式和多段式兩種類型；(2)永磁式步進(jìn)電機(jī)(Pe肌aneIltMa印et，簡稱PM)永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，(相比反應(yīng)式)，但啟動運(yùn)行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電；(3)混合式步進(jìn)電機(jī)(Hybrid，簡稱HB)混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永9耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻行以及控制系統(tǒng)比較簡單。本系統(tǒng)采用的是17H150H-04A兩相步進(jìn)電機(jī)。3、步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)原理位移或線位移量與電脈沖個數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速或線速度與電脈沖頻率成正比。在負(fù)載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動而變化。啟動、制動和反轉(zhuǎn)。3.3.2L298N的原理L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動兩個二相電機(jī)，也可以驅(qū)動一個四相電機(jī)，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；并可以直接用單片機(jī)的I/O口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。本系統(tǒng)用兩片L298N分別驅(qū)動兩個步進(jìn)電機(jī)的啟停，各引腳連接圖如圖510圖5驅(qū)動電機(jī)電路連接圖3.48段數(shù)碼管接口原理設(shè)計3.4.1、數(shù)碼管簡介數(shù)碼管是電路中常見的顯示元件，按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按照顯示8”1位、2位、46所示的為一個8段4位數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。11共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極接到+5V或+3.3V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。圖68段四位數(shù)碼管3.4.2．?dāng)?shù)碼管連接方式任何一個7段碼管都有128種顯示模式，而其中的數(shù)字0-9是最為有用也是最常見的。通過控制共陽極（共陰極）數(shù)碼管的陰極（陽極），可以顯示數(shù)字0-9，圖7給出共陽極和共陰極數(shù)碼管各自的連接關(guān)系。對于多位數(shù)碼管而言，極數(shù)碼管的陰極接到一起，用多個獨立的位選和7個（或8個）公共段選控制所有的數(shù)碼管。圖7共陰極、共陽極數(shù)碼管連接關(guān)系12由于所有數(shù)碼管共用段選，為了獨立顯示每位數(shù)碼管，具體來說就是每次只的位選都無效。依次類推，循環(huán)往復(fù)。如果總共有4位數(shù)碼管，則用于顯示的控制時序如圖8所示。只能用段選來區(qū)分不同的數(shù)碼管。圖8控制時序圖本系統(tǒng)采用的是共陽極四位數(shù)碼管LED顯示啟動延時時間，數(shù)碼管與單片機(jī)連接圖如圖9所示圖9數(shù)碼管與單片機(jī)連接圖3.5光電傳感器光是一種電磁射線，其特性如同無線電波和X射線，傳遞速度約為300000千米/秒，因此它可以在發(fā)射的一瞬間被其接收。紅外線開關(guān)光電開關(guān)是利用人13眼不可見（波長為780nm-1mm）的近紅外線和紅外線的來檢測、判別物體。通過光電裝置瞬間發(fā)射的微弱光束能被安全可靠的準(zhǔn)確的發(fā)送。光是一種電磁射線，其特性如同無線電波和X射線，傳遞速度約為300000千米/秒，因此它可以在發(fā)射的一瞬間被其接收。紅外線開關(guān)光電開關(guān)是利用人眼不可見（波長為780nm-1mm）的近紅外線和紅外線的來檢測、判別物體。通）和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。本系統(tǒng)采用的是OMCH品牌的E3F-DS30C4型號的光電開關(guān)去控制電動機(jī)M1的停止。其信號端即黑線接P2.7口，棕線接+5V電源，藍(lán)線接地。第四章系統(tǒng)程序設(shè)計本系統(tǒng)是利用keilC51編寫的步進(jìn)電機(jī)順序控制程序，如下所示：#include<reg52.h>#defineDataPortP0//定義P0口為LED數(shù)據(jù)輸入端unsignedcharcodewei_ma[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80};//數(shù)字0到9的位碼sbitcs0=P1^0;//片選0定義在p1.0sbitcs1=P1^1;//片選1定義在p1.1sbitm1_in1=P1^4;//定義電機(jī)M1的IN1口sbitm1_in3=P1^5;//定義電機(jī)M1的IN3口sbitm2_in1=P2^4;//定義電機(jī)M2的IN1口14sbitm2_in3=P2^5;//定義電機(jī)M2的IN3口sbitlight=P2^7;//定義光電傳感器的輸入端口unsignedintt0=0;//T0時間標(biāo)志unsignedintt2=0;//T2時間標(biāo)志//函數(shù)聲明voidDelay(unsignedintt);voidLed();voidTimer0Init();voidTimer2Init();intmain(){Timer2Init();//M1啟動m1_in1=1;m1_in3=0;while(1){//led顯示開機(jī)延時時間Led();//電機(jī)控制if(1==light){//停止M1m1_in1=0;15m1_in3=0;//啟動T0計時器，20秒后停止M2Timer0Init();}}}voidLed(){cs0=0;cs1=0;P0=wei_ma[0];Delay(250);//加上延時函數(shù)利用人眼的視覺暫留效應(yīng)，循環(huán)輸出這幾個數(shù)字,看起來像是同時顯示。可通過改變延時時間來調(diào)節(jié)顯示效果cs0=0;cs1=1;P0=wei_ma[3];Delay(250);//在12MHZ下，次延時函數(shù)Delay(250)約等于2mscs0=1;cs1=0;P0=wei_ma[0];Delay(250);cs0=1;cs1=1;P0=wei_ma[2];16Delay(250);}voidTimer0Init(){TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;}voidTimer2Init(){TH2=(65535-60000)/256;//定時60msTL2=(65535-60000)%256;RCAP2H=(65535-10000)/256;RCAP2L=(65535-10000)%256;T2MOD|=0x01;T2EX=1;EA=1;//interuptenable//enabletimer2interrupt10TF2