单片机扫描键盘步进电机.docx

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单片机扫描键盘步进电机

《单片机步进电机控制课程设计》

课程设计说明书

专业班级：

姓名：

学号：

指导教师：

设计时间：

2013年12月22号

物理与电气工程学院

2013年10月22日

内容摘要

设计一个步进电机控制电路，并编写相应的软件，完成步步电机控制任务。

1.步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

通俗一点讲：

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。

您可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

2.步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。

当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。

每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。

当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。

四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。

。

。

），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。

。

。

），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

。

。

）

3.利用单片机对给出脉冲信号的控制，实现按键对单片机进行正转，反转，加速，减速和暂停的控制。

关键字：

课程设计单片机异步电机流程图

目录

1课程设计意义和要求·································2

1.1课程设计意义··································2

1.2课程设计要求···································2

2理论设计·········································3

2.1总体设计······································3

2.2异步电机驱动原理································3

2.2.1电路原理逻辑图································4

2.2.2程序流程图···································5

3硬件描述和电路板制作·································7

3.1系统方框图····································7

3.2电路原理图····································7

3.2硬件描述····································7

5心得体会·······································9

6参考文献及源程序代码······························14

一、课程设计目的和基本要求

1、课程设计目的

课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，使之具有独立单片机产品和科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。

2、课程设计基本要求

2.1在课程设计过程中，运用89C52单片机，根据设计要求绘制系统电路图、编，制系统程序流程图、根据系统程序流程图编制汇编源程序（或C51程序）进行运行调试（运用仿真软件proteus或在单片机实验平台上）进行调试运行，最后提供课程设计报告。

2.2认真编写课程设计说明书。

题目描述及要求题目要求设计一个步进电机控制电路，并且编写相应的软件，完成对异步电机控制的管理任务。

该控制任务应该完成下列功能：

2.2.1控制步进电机，完成对步进电机的转速，转向的控制；

2.2.2利用矩阵式键盘，通过5个按键分别实现正转，反转，加速，减速，暂停的功能

2.2.3根据判断按下那个键，实现其所要控制的实现，如果在正转过程中，有反转键按下则跳转到反转，以此类推实现各种状态的切换。

二、理论设计

1、总体设计

5个按键分别实现功能如下图：

按键

S1

S2

S3

S4

S5

状态

正转

反转

加速

减速

暂停

2.异步电机驱动原理

1.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步进电机件。

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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

本系统使用28BYJ-484相5线制步进电机,由于单片机输出电流较小无法直接驱动步进电机运转，所以需要经过ULN2003A电流放大芯片放大后，才能驱动电机。

28BYJ-48硬件特性：

1.额定电压：

12VDC（另有电压：

5V、6V、24V）

2.减速比：

1/64（另有减速比：

1/16、1/32）

3.步距角：

5.625°/64

4.驱动方式4相8拍

5.直流电阻：

200Ω±

6.空载牵入频率：

≥600Hz

7.空载牵出频率：

≥1000Hz

8.牵入转矩：

≥34.3mN.m（120Hz）

本设计采用4拍运行方式，即AB-BC-CD-DA的运行方式。

程序中对应的正转、反转数码表：

正转：

30H,60H,0C0H,90H反转：

30H,90H,0C0H,60H

2.1、电路原理逻辑图

2.2程序流程图

电机运转

对流程图进行补充说明：

首先判断正反转按键是否按下，跳转到相应状态，在相应的状态中判断是否进行加速，减速，转向，暂停键是否按下，转向相应的状态，同样还需在相应的的状态中判断键是否按下，进行相应的处理，来达到对步进电机的控制。

三、硬件设计描述

1、系统方框图

图5：

系统方框图

2、电路原理图

（1）晶振电路：

图6：

晶振电路图

（2）复位电路：

图7：

复位电路图

主要硬件的描述：

1.ULN2003：

ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。

可直接驱动继电器等负载。

输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。

ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。

该电路的特点如下:

ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功系统。

2.28BYJ-48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步进电机件。

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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

通常电机的转子为永磁，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。

该磁场会带动转子旋转一角度使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。

当定子的矢量磁场旋转一个角度。

转子也随着该磁场转一个角度。

每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。

它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。

改变绕组通电的顺序电机就会反转。

所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动

3.STC89C52RC：

STC89C52RC单片机是新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。

主要特性如下：

一.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.二.工作电压：

5.5V至3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）.三.工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可48MHz.四.用户应用程序空间为8K字节.五.片上集成512字节RAM六.通用I/O口（32个）复位后P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

七.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片八.具有EEPROM功能.九.具有看门狗功能十.共3个16位定时器/计数器。

即定时器T0、T1,T2十一.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒

五、心得体会

短暂的单片机课程设计结束了，通过这次设计，我不仅加深了对单片机理论的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。

创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。

科技是第一生产力，强大的科技力量都是由许多的复杂的知识等作为基础的。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

自己实践才能明白许多道理，本次课程设计不仅锻炼了我们的动手动脑能力，而且让我们明白团队合作的重要性。

分工到位，大家一起动脑思考，即可学知识，又能温习知识，何乐而不为。

在这次课程设计过程中，我们遇到了许多困难，从一开始的设计原理图，电路板的焊制，再到程序的编写，最后程序的调试，在仿真方面也熟悉了不少，以前都没仿真过，一直都是在发现问题和解决问题中度过的。

这两周的实习真的有点郁闷，程序里面的好多内容不懂不过在同组的成员帮助下，最总还是完成了这次设计。

这个过程中，我们花费了大量的时间和精力，更重要的是，我们在学会创新的基础上，同时还懂得合作精神的重要性，学会了与他人合作。

六、参考文献及程序代码

[1]张毅刚.单片机原理及应用.北京.高等教育出版社，2010.5

[2]李光才．单片机课程设计实例指导[M]．北京：

北京航空航天大学出版社2004

[3]李全利，单片机原理及其接口技术，高等教育出版社，北京，2009.121

[4]部分资料来自互联网。

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG0300H

MAIN:

MOVR3,#144产生144个脉冲

MOVP1,#0EFH

JNBP1.0,ZZ判断S0是否按下，若按下跳转正转

JNBP1.1,FZ1判断S1是否按下，若按下跳转反转

LJMPMAIN

ZZ:

MOVP1,#0EFH

JNBP1.1,FZ

JNBP1.2,ZZA

JNBP1.3,ZZB

MOVP1,#0DFH

JNBP1.0,HZ1

MOVR0,#00H

START1:

MOVP2,#00H

MOVA,R0

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

JZZZ

MOVP2,A

LCALLDELAY1

INCR0

DJNZR3,START1

LJMPZZ

ZZA:

MOVP1,#0EFH

JNBP1.3,ZZ

JNBP1.1,FZ

MOVP1,#0DFH

JNBP1.0,HZ1

MOVR0,#00H

START3:

MOVP2,#00H

MOVA,R0

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

JZZZA

MOVP2,A

LCALLDELAY2

INCR0

DJNZR3,START3

MOVP2,#00H

LJMPZZA

FZ1:

LJMPFZ

ZZB:

MOVP1,#0EFH

JNBP1.2,ZZ

JNBP1.1,FZ

MOVP1,#0DFH

JNBP1.0,HZ1

MOVR0,#00H

START4:

MOVP2,#00H

MOVA,R0

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

JZZZB

MOVP2,A

LCALLDELAY3

INCR0

DJNZR3,START4

MOVP2,#00H

LJMPZZB

HZ1:

MOVP2,#00H

LJMPMAIN

FZ:

MOVP1,#0EFH

JNBP1.0,ZZ1

JNBP1.2,FZA

JNBP1.3,FZB

MOVP1,#0DFH

JNBP1.0,HZ

MOVR0,#05H

START2:

MOVP2,#00H

MOVA,R0

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

JZFZ

MOVP2,A

LCALLDELAY1

INCR0

DJNZR3,START2

LJMPFZ

ZZ1:

LJMPZZ

FZA:

MOVP1,#0EFH

JNBP1.0,ZZ1

JNBP1.3,FZ

MOVP1,#0DFH

JNBP1.0,HZ

MOVR0,#05H

START5:

MOVP2,#00H

MOVA,R0

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

JZFZ

MOVP2,A

LCALLDELAY2

INCR0

DJNZR3,START5

MOVP2,#00H

LJMPFZA

FZB:

MOVP1,#0EFH

JNBP1.0,ZZ1

JNBP1.2,FZ

MOVP1,#0DFH

JNBP1.0,HZ

MOVR0,#05H

START6:

MOVP2,#00H

MOVA,R0

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA,@A+DPTR

JZFZB

MOVP2,A

LCALLDELAY3

INCR0

DJNZR3,START6

MOVP2,#00H

LJMPFZB

HZ:

MOVP2,#00H

LJMPMAIN

DELAY1:

MOVR7,#40转速

M1:

MOVR6,#248

DJNZR6,$

DJNZR7,M1

RET

DELAY2:

MOVR7,#20

M2:

MOVR6,#248

DJNZR6,$

DJNZR7,M2

RET

DELAY3:

MOVR7,#80

M3:

MOVR6,#248

DJNZR6,$

DJNZR7,M3

RET

TABLE:

DB30H,60H,0C0H,90H

DB00

DB30H,90H,0C0H,60H

DB00

END