步进电机控制系统的设计与仿真.docx

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步进电机控制系统的设计与仿真

一、设计题目

步进电机控制系统的设计与仿真

二、设计要求

设计一个单片机四相步进电机控制系统，要求系统具有以下功能。

（1）用K0-K2作为通电方式选择键，K0为单四拍，K1为双四拍，K2为四相八拍。

（2）K3-K4作为启动和方向控制。

（3）正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿灯亮。

（4）可通过键盘设定步进电机步数给定值。

（5）用三位LED数码管显示剩余工作步数

三、系统总体框图与原理说明

通过键盘模块设置步进电机的工作模式、步数以及正反转，同时用数码管模块显示剩余工作步数，用LED灯模块显示步进电机的工作状态。

4*4键盘模块：

采用外部中断的方式实时扫描键盘，判别按下的键，并执行所按下的键相应的操作，即输入步数、选择工作模式、正/反转、调速以及启动/停止等，由于键数的限制，把一些键功能复用。

用线反转法扫描键盘，即先在P2口输出0xf0，二次确认有按键按下后，逐行输出低电平，确认按键所在的列，便可知道所按下的是哪个键，再返回对应的键值。

数码管显示模块：

采用定时中断的方式定时扫描一次显示，从而实现数码管的动态显示，同时P0口需外接上拉电阻。

本设计采用共阴数码管，故0到9的段码为：

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f

四相步进电机模块：

采用L298驱动芯片驱动电机，同时P1口驱动能力不够，需外接上拉电阻，通过四个LED灯接在P1.0到P1.3口来观察电机的拍子。

据分析可得到，四相单四拍：

A->B->C->D；四相双四拍：

AB->BC->CD->DA；四相八拍：

A->AB->B->BC->C->CD->D->DA

LED灯模块：

把红黄绿三个灯接在P3口上，在程序中通过置位复位来实现相应状态的转换。

图1为系统总体设计方框图，由单片机AT89C51，L298驱动芯片，四相步进电机，7段LED数码管等一些电路模块组成。

图1系统总体框图

四、硬件电路图

此次我们所设计的是一个步进电机控制系统，主要由单片机AT89C51、四相步进电机、7段数码管、LED灯、L298驱动芯片及一些其他相关元件设计而成。

可以通过键盘来控制系统的输入步数、选择工作模式、正/反转、调速以及启动/停止工作。

运转时，用3位7段数码管来输出生育工作步数。

最后根据思路所设计出来的硬件电路图如下。

图2系统的硬件电路图

五、程序流程图

六、仿真说明

上电后，电机步数为0，默认为四相单四拍、正转的工作模式，红、绿灯亮，数码管显示0，输入步数，数码管显示步数，选择工作模式，设置正/反转，相应的指示灯亮，并启动后，绿灯灭，电动机开始按设定的模式工作，数码管显示剩余的工作步数，运行时，可通过加速和减速按键进行电机的调速，按下停止按键后，电机停止工作，数码管显示停止时剩余的工作步数，当步数减到0后，电机停止工作，数码管显示0。

七、心得体会

在设计的过程中，学会了很多东西，熟悉了步进电机控制系统的整体运行过程和总体布局，掌握了该硬件电路的设计方法，掌握了步进电机控制系统程序的设计和调试，最大的收获便是学会了如何把C语言应用于单片机得编程上，避免了汇编的低效率的缺点。

附录：

程序清单

#include

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

ucharcodedisp[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,

0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//共阴数码管显示码

ucharcodetable1[]={0x01,0x02,0x04,0x08,

0x08,0x04,0x02,0x01};//单四拍

ucharcodetable2[]={0x03,0x06,0x0c,0x09,

0x09,0x0c,0x06,0x03};//双四拍

ucharcodetable3[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09,

0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01};//四相八拍

uchar*p=NULL;//表指针

ucharpaishu=0,qibu=0,start=0;

uintspeed=100;//设置转速

uintdat1=0,count=0;//拍数

sbitweg=P3^0;//个位位选

sbitwes=P3^1;//十位位选

sbitweb=P3^3;//百位位选

sbitk31=P3^5;//正转指示灯

sbitk32=P3^6;//反转指示灯

sbitk4=P3^7;//停止指示灯

voidinit（）;

voiddisplay_3（uintdat）;

voidDelay1ms（unsignedintcount）;

ucharkeybscan（void）;

ucharkeyaction（void）;

/*1ms延时子程序*/

voidDelay1ms（unsignedintcount）

{

unsignedinti,j;

for（i=0;i

for（j=0;j<100;j++）;

}

/*键盘扫描子程序*/

ucharkeybscan（void）

{ucharscode,rcode;

P2=0xf0;

if（（P2&0xf0）!

=0xf0）

{

Delay1ms

（1）;

if（（P2&0xf0）!

=0xf0）

{

scode=0xfe;

while（（scode&0x10）!

=0）

{

P2=scode;

if（（P2&0xf0）!

=0xf0）

{

rcode=（P2&0xf0）;

return（scode+rcode）;

}

else

scode=（scode<<1）|0x01;

}

}

}

return（0xfe）;

}

/*返回键码子程序*/

ucharkeyaction（void）

{

switch（keybscan（））

{

case0xfe:

return（'#'）;break;//无按键则返回

case0xde:

return（0）;break;//第一行第一列按键编码

case0xce:

return

（1）;break;//第一行第二列按键编码

case0xae:

return

（2）;break;

case0x6e:

return（3）;break;

case0xdd:

return（4）;break;

case0xcd:

return（5）;break;

case0xad:

return（6）;break;

case0x6d:

return（7）;break;

case0xdb:

return（8）;break;

case0xcb:

return（9）;break;

case0xab:

return（10）;break;

case0x6b:

return（11）;break;

case0xd7:

return（12）;break;

case0xc7:

return（13）;break;

case0xa7:

return（14）;break;

case0x67:

return（15）;break;//第四行第四列按键编码

}

}

/*3位数显示子程序*/

voiddisplay_3（uintdat）

{

P0=0;

P0=disp[dat/100%10];//3位

web=0;

Delay1ms

（1）;

web=1;

P0=0;

P0=disp[dat/10%10];//2位

wes=0;

Delay1ms

（1）;

wes=1;

P0=0;

P0=disp[dat%10];//1位

weg=0;

Delay1ms

（1）;

weg=1;

}

/*定时器0初始化子程序*/

voidinit（）

{

TMOD=0x01;

TH0=（65536-10000）/256;

TL0=（65536-10000）%256;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

}

/*定时器0中断程序*/

voidtimer0（）interrupt1

{

TH0=（65536-10000）/256;//每10ms扫描显示

TL0=（65536-10000）%256;

display_3（count）;//显示剩余步数

}

/*外部中断0中断程序*/

int0（）interrupt0using0

{

EA=0;//关中断

if（start==0）

{

switch（keyaction（））

{

case0:

{dat1=dat1*10+0;count=dat1;}break;

case1:

{dat1=dat1*10+1;count=dat1;}break;

case2:

{dat1=dat1*10+2;count=dat1;}break;

case3:

{dat1=dat1*10+3;count=dat1;}break;

case4:

{dat1=dat1*10+4;count=dat1;}break;

case5:

{dat1=dat1*10+5;count=dat1;}break;

case6:

{dat1=dat1*10+6;count=dat1;}break;

case7:

{dat1=dat1*10+7;count=dat1;}break;

case8:

{dat1=dat1*10+8;count=dat1;}break;

case9:

{dat1=dat1*10+9;count=dat1;}break;

case10:

{p=&table1[0];break;}//单四拍

case11:

{p=&table2[0];break;}//双四拍

case12:

{p=&table3[0];break;}//四相八拍

case13:

{qibu=0;

if（p==（&table3[0]））

paishu=8;

else

paishu=4;

k31=1;k32=0;break;}//正转

case14:

{if（p==（&table3[0]））

{qibu=8;paishu=16;}

else

{qibu=4;paishu=8;}

k31=0;k32=1;break;}//反转

case15:

{start=1;k4=0;break;}//启动标志

case'#':

break;//无按键按下

}

}

else

switch（keyaction（））

{

case0:

if（speed<20000）speed+=10;break;//减速

case1:

if（speed>10）speed-=10;break;//加速

case15:

start=0;k4=1;break;

}

EA=1;//开中断

}

voidmain（）

{

uinti=0;

p=&table1[0];

qibu=0;

paishu=4;

k31=1;//默认模式为单四拍，正转

k32=0;

k4=1;

init（）;

EA=1;//开总中断

IT0=1;//设置外部中断0为边沿触发方式，下降沿有效

EX0=1;//开外部中断0

P2=0xf0;

Delay1ms

（1）;

while（!

start）P2=0xf0;//等待启动信号

i=qibu;

while

（1）

{

P2=0xf0;

while（count）

{

P2=0xf0;

if（i>=paishu）i=qibu;

if（start==1）

P1=p[i];

else

while（!

start）P2=0xf0;//等待启动信号

Delay1ms（speed）;

i++;

count--;

}

}

}