51单片机汇编语言步进电机转速控制系统.docx
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51单片机汇编语言步进电机转速控制系统
大连理工大学本科设计报告
题目：
步进电机转速控制系统设计
课程名称：
单片机综合设计
学院（系）：
电子信息与电气工程学部
专业:
班级：
学号：
学生姓名：
成绩：
2013年7月20日
题目:
步进电机转速控制系统设计
1设计要求
1）利用ZLG7290的键盘控制直流电机（或步进电机的转速、转向）;
2）也可以利用ADC模块（与电位器配合）,利用电位器控制转速；
3）利用ZLG7290的8位LED数码管显示电机转向、转速参数显示。
2设计分析及系统方案设计
实验要求使用步进电机作为被控制对象，由ZLG7290做人机对话平台，利用单片机的P1（8位）和P3（部分口线）构造系统。
实验最终实现功能、设计思路以及方案设计如以下几个小节所述.
2。
1系统设计实现功能
根据设计要求、现有设备以及知识储备,完成功能如下：
1由按键S1～S8实现转速切换，其中S1～S4正转，S5~S8反转
2按键S16作为停止键，按下S10后步进电机停止转动，再按S1~S16步进电机按照按键对应转速以及转向转动
3按键S10作为复位键，当按下S10后，无论当前处于何种状态，系统恢复至初始态
48为LED数码管显示当前步进电机转速（speed=0/11~4），转速前0表示正转，1表示反转
5若按下停止键,数码管显示当前转速；若按下复位键，数码管显示初始态speed=00
2。
2设计思路
本次的设计是LED显示与步进电机相结合以及若干功能键的组合的一种设计.根据之前学习的按键中断显示实验和定时器实验,使用INT0和INT1,INT0作为按键中断，INT1作为定时器.在主程序中实现LED初始显示、定时器计时初始、按键中断初始.INT0中断调用中断服务子程序实现对按键键值的判断，并根据相应的按键值实现对应步进电机的变化,并显示该按键对应的转速.INT1定时器中断根据INT0的按键键值，对定时器设定相应的初值，实现步进电机按规定的转速转动。
对于按键停止,则是利用中断优先级，当INT0的中断优先级高时，系统进入中断,此时INT1停止计时,也就实现了步进电机的停止，当改变定时器与按键中断的优先级时，即把INT0设为低优先级，INT1设为高优先级,步进电机重新开始转动。
此时添加一个对INT0位地址的查询，若有按键即正/反转的4档转速所对应的按键，步进电机开始重新转动.对于复位功能，则同样是利用按键键值的判断,在对应键值下控制电机初始化。
2。
3系统方案设计
系统总设计方案框图如下所示:
图1.1系统总框图
3系统电路图
见附录
4外围接口模块硬件电路功能描述
本设计主要用到的器件是AT89C51、ZLG7290B和步进电机。
4.1AT89C51
AT89C51的主要参数如下表所示:
型号
存储器
定时器
I/0
串行口
中断
速度
（MH）
其它特点
E²PROM
ROM
RAM
89C51
4K
128
2
32
1
6
24
低电压
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
其引脚如图1。
2所示。
图1.2单片机的引脚排列
管脚说明如下：
VCC:
供电电压GND：
接地
P0口：
8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流；
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流；
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入.并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示：
P3。
0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
/INT0（外部中断0）
P3。
3
/INT1（外部中断1）
P3.4
T0（记时器0外部输入）
P3.5
T1（记时器1外部输入）
P3.6
/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
4。
2ZLG7290B
ZLG7290B是数码管动态显示驱动、键盘扫描管理芯片。
接口采用I2C结构。
内部寄存器有13个单元00H—0DH：
1）系统寄存器（地址00H），第0位称作按键有效位，为1表示按键按下，为0表示没有按键操作，并且有按键按下的时候在ZLG7290B的/INT引脚会产生一个低电平的中断请求信号。
2）键值寄存器（地址01H），如果按下的是普通键，键值寄存器就保存按键对应的兼职（1-56）。
3）连击计数器（02H），就是芯片为普通键提供的一种连击计数功能,当按下某一按键就可以产生连续的中断请求信号.
4）功能键值寄存器（地址03H），功能按键不产生键值，但是在按下和抬起都会产生中断请求信号。
5）命令寄存器（地址07H和08H），向命令寄存器送入相关的控制命令可以实现段寻址，下载显示数据和控制闪烁等功能。
6）闪烁控制寄存器（地址0HCH），闪烁控制寄存器决定闪烁的频率和占空比.
7）扫描位数寄存器（地址0DH），扫描位数寄存器决定着ZLG7290B动态扫描显示的位数,取值0-7,对应的显示1—8位。
8）显示缓冲寄存器（地址10H-17H），八个显示缓冲寄存器直接决定着数码管上显示的字形和显示的位置。
ZLG7290B的引脚图如下：
图1.3。
ZLG7290B引脚逻辑图
4.3步进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件.在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角.这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单.
（一）步进电机的静态指标术语
1、相数：
产生不同对N、S磁场的激磁线圈对数.常用m表示。
2、拍数：
完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。
3、步距角：
对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。
（二）步进电机动态指标及术语:
1、最大空载起动频率：
电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率.
2、最大空载的运行频率：
电机在某种驱动形式,电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率.
3、电机正反转控制：
当电机绕组通电时序为D-DC-C—CB—B—BA—A-AD时为正转，通电时序为AD—A-AB—B—BC—C—CD-D时为反转。
如下所示的步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1.4是该四相反应式步进电机工作原理示意图.
图1.4 四相步进电机步进示意图
5主程序中主要变量定义
变量名称
RAM单元/寄存器
功能
SDA
P3.3
IIC数据总线
SCL
P3。
4
IIC时钟线
RST
P3.5
IIC复位线
BA
P1。
0
步进电机驱动
BB
P1。
1
步进电机驱动
BC
P1。
2
步进电机驱动
BD
P1。
3
步进电机驱动
WSLA
70H
取器件地址（写）
RSLA
71H
取器件地址（读）
DISDA
20H
源数据块首地址
DISCON
08H
写入数据个数
DATA_1
30H
变量区首地址
6系统软件中各个子程序的功能描述
子程序名称
入口参数
出口参数
功能描述
INT_7290
A
A
按键中断
TI_INT
A
无
定时器中断
CF
A
R3、R4
拆分,高4位存在R4中，低4位存在R3中
DELAY
无
无
步进电机相旋转邻角延时；按键抖动消除延时
RDKEY
无
A
读出键值
SHOW
无
无
将当前10H—17H的字形码输出
WRNBYT
R7,R0,R2,R3
无
通用的IIC通讯子程序（多字节写操作）
RDADD
R7，R0，R2,R3，R4
R0指向的主器件内部数据块
通用的IIC通讯子程序（多字节读操作）
6主程序程序流程图
见附录
7程序清单
SDABITP3.3
SCLBITP3.4
RSTBITP3。
5
BABITP1.0
BBBITP1。
1
BCBITP1。
2
BDBITP1。
3
WSLAEQU70H
RSLAEQU71H
DISDAEQU20H
DISCONEQU08H
DATA_1EQU30H
ORG8000H
LJMP8100H
ORG8003H
LJMPINT_7290
；按键中断入口地址
ORG801BH
LJMPTI_INT
；定时器中断入口地址
ORG8100H
;**＊＊＊***主程序开始＊＊*＊**＊**＊＊＊*
;INT0实现按键中断，INT1用于定时器
；＊*＊＊＊＊＊＊＊*＊＊****＊＊＊*＊*＊＊**＊*＊**
START：
MOVSP，#60H
CLRRST；复位
LCALLDELAY
SETBRST
SETBEA
SETBEX0
CLRIT0;开INT0中断
SETBPX0;高优先级
MOVTMOD,＃10H;定时器1设
；为模式1
MOVTH1,＃00H
MOVTL1,＃00H
SETBET1；开INT1中断
SETBTR1
CLRA
SETBF0;初始标识位
MOVR1,＃10H;节拍初始
MOVR5，#08H
；＊**＊＊*＊*＊*＊*＊＊＊**＊*＊＊＊＊＊＊＊＊*＊＊*
；相序表
;＊**＊＊***＊*＊*＊＊*＊＊＊＊*＊**＊＊**＊＊＊*
MOV10H,#08H;D正转
MOV11H，＃0CH;DC
MOV12H，#04H；C
MOV13H，#06H;CB
MOV14H,＃02H；B
MOV15H,＃03H；BA
MOV16H，#01H;A
MOV17H,＃09H；AD
MOV18H，#09H;AD反转
MOV19H,＃01H；A
MOV1AH,#03H；AB
MOV1BH，＃02H；B
MOV1CH，#06H；BC
MOV1DH，#04H;C
MOV1EH，＃0CH;CD
MOV1FH,#08H；D
;*＊*＊**＊＊＊＊＊＊＊**＊**＊＊*＊*＊＊*＊**＊*
;建立变量缓冲区（30H～37H）
；显示SPEED=00
；＊*＊＊＊*＊******＊＊*****＊＊＊*＊*****＊
MOVDATA_1，#00H
MOVDATA_1+1，＃00H
MOVDATA_1+2,#12H
MOVDATA_1+3，#17H
MOVDATA_1+4，#16H
MOVDATA_1+5，#16H
MOVDATA_1+6，#15H
MOVDATA_1+7,#14H
；＊＊＊＊*＊＊*＊＊＊＊*＊*＊*＊***＊＊＊******＊
;通过查表建立显示缓冲区
;（20H～27H）
；＊*＊***＊＊＊*＊**＊＊*****＊*＊＊**＊＊＊**MOVDPTR，＃LEDSEG
MOVR7，＃DISCON
MOVR0,#DISDA
MOVR1,＃DATA_1
LOOP1：
MOVA，@R1
MOVCA,＠A+DPTR
MOV@R0，A
INCR1
INCR0
DJNZR7，LOOP1
；***＊＊＊**＊＊**＊*＊＊**＊＊＊＊***＊*＊＊＊＊
；写入数据
;＊**＊＊*＊*＊＊*＊＊***＊＊*＊＊*＊*＊******LOOP：
MOVR7，＃DISCON
MOVR2，＃10H
MOVR3,#WSLA
MOVR0，#DISDA
LCALLWRNBYT
LCALLDELAY
SJMP$；等待中断
；*＊**＊*＊＊＊＊*＊*＊＊＊＊*＊＊**＊＊＊＊*＊***
;字形码
；*＊＊*＊＊****＊*＊＊＊****＊＊＊＊**＊*＊＊**
LEDSEG:
DB0FCH,60H，0DAH,0F2H
DB66H,0B6H,0BEH，0E4H
DB0FEH,0F6H,0EEH,3EH
DB9CH,7AH,9EH，8EH
DB0FAH,1EH，12H，00H
DB0B6H,0CEH，0DEH，7AH；SPED
；*＊＊*＊＊****＊*＊＊＊****＊**＊***＊＊＊**
；选择相速（INT1）
；*＊＊*＊＊＊*＊**＊＊＊*****＊***＊＊＊＊＊**＊TI_INT:
PUSHACC
MOVA,29H;判断键值
J0:
CJNEA，＃00H，J1
MOVTH1，＃00H
MOVTL1，＃00H
SETBF0
；F0高电平正转
SJMPOUTPUT;输出步进
J1：
CJNEA，#01H,J2
MOVTH1,＃00H
MOVTL1，＃00H;档1
SETBF0
SJMPOUTPUT
J2:
CJNEA，#02H,J3
MOVTH1，＃60H
MOVTL1，＃60H;档2
；不同按键设置不同速度，
；正反转各设四档
SETBF0
SJMPOUTPUT
J3:
CJNEA，#03H,J4
MOVTH1，#90H
MOVTL1,#90H；档3
SETBF0
SJMPOUTPUT
J4：
CJNEA,＃04H,J5
MOVTH1，#0D0H
MOVTL1,#0D0H；档4
SETBF0
SJMPOUTPUT
J5：
CJNEA,#05H，J6
MOVTH1,#00H
MOVTL1，#00H；档1
CLRF0
SJMPOUTPUT
J6:
CJNEA,＃06H,J7
MOVTH1,＃60H
MOVTL1，#60H；档2
CLRF0
SJMPOUTPUT
J7：
CJNEA,＃07H,J8
MOVTH1,＃90H
MOVTL1，#90H;档3
CLRF0
SJMPOUTPUT
J8：
MOVTH1,＃0D0H
MOVTL1,#0D0H；档4
CLRF0
SJMPOUTPUT
OUTPUT：
MOVA,P1；步进电机转
ANLA,#0FH；取低四位
MOVA,＠R1
MOVP1，A
INCR1
DJNZR5，OUT
JBF0,CWISE；判断正/反
MOVR1,＃18H;反转
SJMPNUM
CWISE：
MOVR1，＃10H；正转
NUM：
MOVR5，#08H
OUT：
POPACC
RETI
；**＊＊＊*＊*＊*＊＊*＊*＊*＊＊＊***＊**＊*＊＊＊；拆分
;*＊**＊＊**＊＊＊*＊*＊＊＊＊＊＊＊＊***＊**＊＊＊
CF：
PUSH02H
PUSHDPH
PUSHDPL
MOVDPTR,＃LEDSEG
MOVR2,A
ANLA,＃0FH
MOVCA，@A+DPTR
MOVR3,A;存低4位
MOVA，R2
SWAPA
ANLA，#0FH
MOVCA,＠A+DPTR
MOVR4,A；存高4位
POPDPL
POPDPH
POP02H
RET
;＊＊***＊＊*＊*＊*＊＊*＊＊*********＊**＊*;延时程序
；**＊＊**＊**＊＊*＊*＊＊**＊＊***＊＊******
DELAY:
PUSH00H
PUSH01H
MOVR0，＃00H
DELAY1:
MOVR1，#00H
DJNZR1，＄
DJNZR0，DELAY1
POP01H
POP00H
RET
;**＊*＊＊*＊＊＊***＊＊＊＊**＊＊*＊*******＊
;7290中断
;＊**＊**＊**＊＊＊＊*＊***＊**＊＊＊*＊＊****
INT_7290:
PUSH00H
PUSH02H
PUSH03H
PUSH04H
PUSH07H
PUSHACC
PUSHPSW
LCALLDELAY；按键消抖
LCALLRDKEY；读键值
NOP；用于观察读入键值
CJNEA，#10H，AKEY1
PANDUAN:
SETBPT1;标志位
CLRPX0
；交换优先级，用于停止后再继续工作
AKEY:
JBP3。
2,$;查询LCALLDELAY
LCALLRDKEY
CJNEA，＃0AH,AKEY1
SJMPPANDUAN
AKEY1：
JCINPUT
；此时为档速设定键
SJMPRESTART
INPUT:
CJNEA，＃05H,NEXT；判断正/反转
NEXT:
JNCWISE
LCALLCF
MOV20H,R3
MOV21H，R4
MOV21H，＃0FCH
;0，正转表示
SJMPOVER
WISE：
SUBBA，#04H
LCALLCF
MOV20H，R3
MOV21H，R4
MOV21H，＃60H
；1，反转表示
SJMPOVER
RESTART：
LCALLCF
MOV20H，R3
MOV21H,R4
OVER:
LCALLSHOW
SETBPX0
;重新将INT0的优先级置高
POPPSW
POPACC
POP07H
POP04H
POP03H
POP02H
POP00H
RETI
；*＊＊**＊*＊*＊**＊*****＊＊＊＊***＊＊**＊＊
;读键值
；*＊＊**＊*＊*＊***＊＊*＊＊***＊*＊＊*＊*＊＊*
RDKEY:
MOVR0，#28H
MOVR7,#04H
MOVR2，#00H
MOVR3,＃WSLA
MOVR4,#RSLA
LCALLRDADD
MOVA,29H
RET
;*＊****＊*＊＊****＊＊＊*＊*＊＊＊*＊＊＊＊＊＊*
；显示程序
；＊***＊＊*＊＊**＊*＊*＊*＊*＊****＊*＊＊*＊*
SHOW：
MOVR7，＃02H
MOVR2，#10H
MOVR3,＃WSLA
MOVR0,#DISDA
LCALLWRNBYT
LCALLDELAY
RET
;＊＊＊＊**＊＊＊******＊＊＊**＊*****＊*＊
；通用的I2C通讯子程序（略）
；＊*＊＊**＊*＊*＊***＊＊＊＊＊*＊＊**＊＊＊*＊
END
8系统调试运行结果说明、分析所出现得问题,设计体会与建议
8.1系统调试运行结果
运行程序后，LED显示屏上显示“speed=00”.按下对应按键后，LED显示屏与步进电机状态如下表所示。
按键
LED显示屏
步进电机
无（初始化）
speed=00
初始速度
S1
speed=01
正转档1
S2
speed=02
正转档2
S3
speed=03
正转档3
S4
speed=04
正转档4
S5
speed=11
反转档1
S6
speed=12
反转档2
S7
speed=13
反转档3
S8
speed=14
反转档4
S10（复位键）
speed=00
初始速度
S16（停止键）
speed=*＊（当前步进电机转速与旋转方向）
停止
8.2实验出现问题分析
●问题一:
加入定时器后，LED显示屏无法正常显示
●解决方法:
改变7290连线从P1.4~P1.7至P3.2～P3。
5.单步调试,注意中断优先级的设定。
等待中断的指令应为SJMP$
●问题二：
7290中断键值读入后,键值被改变
●解决方法：
在调用的子程序中，CF、RDKEY、TI_INT中对A进行保护。
●问题三:
步进电机停止后无法重启
●解决方法：
在比较停止键的键值后，改变按键中断INT0与定时器中断INT1的优先级。
定时器中断设为高优先级，按键中断设为低优先级.
●问题四：
步进电机停止后，LED显示屏上无法显示当前步进电机转速与旋转方向
●解决方法：
当步进电机停止后，调用拆分子程序,显示子程序显示当前步进电机转速与旋转方向。
8.3设计体会与建议
本次设计时出现了许多小问题，在解决时需要仔细单步调试，观察各寄存器存储数值的变化。
程序里有外部中断和定时器中断，需要处理好优先级关系。
单片机的综合设计实验涉及以前学过的多方面知识，是对个人能力一个很好的提高.期望以后能有更多的选题.
9结论及设计体会
本实验基本完成设计要求.在完成设计的过程中,遇到不少问题，一一解决后，收获颇深。
单片机的语言和汇编语言很相似，因此借助以前的知识可以很快上手,但是51单片机使用更方便,应用也更广。
许多知识只有实践后才能真正了解，作为工科生，多实践，在实践中多思考，善于发现。
正如此次51单片机调试的过程，单步调试找出问题所在，分析原因,就能快速改正错误了.
参考文献
MCS-51单片机应用实验教程陈育斌主编
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