单片机基于80C51单片机的步进电机控制系统.docx

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单片机基于80C51单片机的步进电机控制系统

中国地质大学长城学院

本科课程设计

题目:

基于80C51单片机的步进电机控制系统

系别

信息工程系

学生姓名

专业

电气工程及其自动化

学号

指导教师

职称

讲师

2014年6月11日

摘要

本文研究基于51系列单片机的步进电机控制系统设计，该系统包括以下几个部分：

数据采集、数据处理、终端接收，该系统以汇编语言为单片机的驱动程序语言，单片机控制步进电机，主要任务是把二进制数变成脉冲序列，按相序输入脉冲以实现电机转动方向控制，利用单片机实现对步进电机的远距离实时监控，从而达到高效、节能的控制步进电机工作的目的,该系统具有成本低、控制方便的特点。

使用单片机驱动四相步进电机，控制步进电机以四相八拍的方式运行，来实现步进电机正向/反向旋转，P1.0～P1.3分别控制步进电机；P1.5～P1.7分别控制步进电机的停止、正转、反转。

关键词：

51单片机；步进电机；数据采集；汇编语言；

摘要0

1设计目的1

2设计内容与要求1

3总体设计方案1

3.1整体方案1

3.2具体方案实现1

4系统硬件设计2

4.1复位电路2

4.2晶振电路2

4.3按键电路3

4.4指示灯电路3

4.5驱动电路4

4.6步进电机4

5程序软件设计5

5.1程序流程图5

5.2源程序6

6系统调试与仿真7

7总结8

1设计目的

1．掌握单片机控制步进电机的硬件接口电路。

2．掌握步进电机驱动程序的设计和调试方法。

3．熟悉步进电动机的工作特性。

2设计内容与要求

1．查阅资料，了解步进电机的工作原理。

2．通过单片机给定参数控制电机转动。

3．通过按钮控制正转、反转和停止。

3总体设计方案

3.1整体方案

本系统主要是由AT89C51，步进电机控制器ULN2004，步进电机，通过单片机编程，实现步进电机控制的脉冲分配，使电机实现正转，反转以及停止等功能

3.2具体实现方案

根据系统要求画出单片机控制步进电机的控制框图，见下图。

系统包括单片机、按键、驱动电路和步进电机。

开始通电后，步进电机停止转动，单片机分别接有按钮开关正，反，停用来控制步进电机的正转、反转和停止。

当按下正后，电机正转；当按下反后，电机反转，当按下停，电机停转。

4系统硬件设计

本系统主要由单片机主控模块、复位电路模块、晶振电路模块、独立键盘电路模块、指示灯电路模块、驱动电路模块、步进电机模块等组成，下面将对各模块作简要介绍。

4.1复位电路

为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。

AT89C52的复位端是一个施密特触发输入，高电平有效[3]。

RST端如果由低电平上升到高电平并持续2个机器周期，系统将实现一次复位操作。

此复位电路中，上电或按一下复位开关都能在RST端出现一段时间的高电平，使系统复位。

如图1示。

图表1

4.2晶振电路

每个单片机系统里都有晶振，全称是叫晶体振荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，他结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。

晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。

通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步[6]。

有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。

本次设计的晶振其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为芯片引脚XTAL2。

通过这两个引脚在芯片外并接12MHz晶振和两只30F的电容，这样就构成一个稳定的自激振荡器。

如图2示。

图表2

4.3按键电路

本设计的键盘电路由3独立按键组成，如图3示。

图表3

功能如下：

正：

正转键。

按下时步进电机正转。

反：

反转键。

按下时步进电机反转。

停：

停止键。

运行状态按下此键即停止运转。

4.4指示灯电路

指示灯电路包括D1、D2、D3、D4四个LED灯组成，分别串联一个分别串联一个电阻，提供稳定的电压与电流。

图表4

4.5驱动电路模块

驱动电路模块包括四个非门和unl2003，通过脉冲让步进电机转动。

图表5

4.6步进电机

有三线式、五线式、六线式三种，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。

若每旋转一圈以20个励磁信号来计算，则每个励磁信号前进18度，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲顺序来控制。

励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1-2相励磁。

图为步进电动机的控制等效电路，适应控制A、B、/A、/B的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。

每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。

因此，依序不断送出脉冲信号，即可步进电动机连续转动。

励磁顺序：

A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。

图表6

5程序软件设计

5.1程序流程图

本设计中采用了主程序调用各个子程序的方法。

包括对系统初始化和对硬件设备进行初始化，并使硬件处于准备开始的状态。

扫描是否有按键按下，有则跳转到相应的子程序执行，没有则循环等待。

子程序采用查表法获取数值，使得单片机发出相应的脉冲驱动步进电机转动。

具体程序流程图如下。

5.2源程序

ORG0000

LJMPSTART

ORG0100H

START:

LOOP:

MOVP1,#00H;步进电机停止

ORLP1,#0E0H

MOVA,P1

JBACC.5,STOP;停止

JBACC.6,FOR;正转

JBACC.7,rev;反转

JMPLOOP;

FOR:

MOVR0,#00H;正转到tab取码指针初值

for1:

MOVA,R0;取码

MOVDPTR,#TABLE;

MOVCA,@A+DPTR

JZLOOP;是否到了结束码00h

CPLA;把acc反向

MOVP1,A;输出到p1开始正转

ACALLDELAY;转动的速度

INCR0;取下一个码

JMPFOR1;继续正转

rev:

MOVR0,#09H;反转到tab取码指针初值

rev1:

MOVA,R0

MOVDPTR,#TABLE;取码

MOVCA,@A+DPTR

JZLOOP;是否到了结束码00h

CPLA;把acc反向

MOVP1,A;输出到p1开始反转

ACALLDELAY;转动的速度

INCR0;取下一个码

JMPREV1;继续反转

stop:

MOVP1,#00H

JMPLOOP

DELAY:

MOVR1,#150;步进电机的转速20ms

D1:

MOVR2,#248

DJNZR2,$

DJNZR1,D1

RET

TABLE:

db01h,03h,04h,06h,04h,12h,08h,09h;正转表

db00;正转结束

db01h,09h,08h,12h,04h,06h,04h,03h;反转

db00;反转结束

END

6系统调试与仿真

7总结

主要以单片机为基础，用单片机来控制电机的转动，熟悉单片机的一般搭建电路，了解一般电子电路与单片机构成简单系统及简单编程的方法。

进一步加深对单片机常用指令的理解与运用。

能够较熟练的运用protues绘制电路原理图以及进行仿真。

在课设过程中，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题、全面系统的锻炼。

使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及常用编程设计思路技巧的掌握方面有了很大的提高。

同时在老师的悉心指导和严格要求下，获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，单片机领域对我今后进一步学习计算机方面的知识有极大的帮助，使我们积累实际电子制作经验，达到学以致用的目的，真正的吧理论和实践结合起来，让我们进一步体验到实践的重要性。

对我们以后的工作有很大的帮，同时锻炼了我们团队合做精。

同时非常感谢老师的细心指导，当我们遇到困难时，能及时给予我们帮助。

参考文献：

[1]潘晓宁，朱耀东。

单片机程序设计实践教程

[2]刘海宽，包建华。

单片机实验与实训教程

[3]杨居义，马宁。

单片机原理与工程应用

[4]胡健，刘玉宾。

单片机原理及接口技术实践教程

[5]韩志军，刘新民。

单片机系统设计与应用实例

[6]朱博，马鸣鹤。

单片机应用技术教程