江苏大学单片机课程设计.docx
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江苏大学单片机课程设计
JIANGSUUNIVERSITY
单片机课程设计
课题：
步进电机
学院：
电气信息工程
指导老师：
贾好来王博
班级：
学号：
姓名：
一、设计任务
了解步进电机的原理，设计一套以51单片机为核心的步进电机控制器，步进电机采用四相四拍或四相八拍工作方式，键盘和显示器采用实验室试验箱。
了解十六只键组成的键盘（用于输入）及六只LED构成的显示器（用于显示）的原理，分别设计他们的程序，在电脑上进行仿真。
具体要求
1、从键盘上输入正、反转命令，转速参数（16级）和转动步数显示在LED显示器上。
2、显示器上显示：
第一位为0表示正转，为1表示反转；第二位0~F为转速等级，第三到第六位设定步数。
3、单片机依显示器上显示的正、反转命令，转速级数和转动步数进行相应动作，转动步数减为零时停止转动。
二、工作原理
1、步进电机基本原理
如图,当有一相绕组被通电激励时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短路径流向负相齿，为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转子被迫移动，使最近的一对齿与被激励的一相对准。
那么,通过对它每相线圈中电流的顺序切换可使电机作步进式旋转。
相数：
产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。
拍数：
指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB或A-B-C-D-A,四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
步距角:
对应一个脉冲信号电机转子转过的角位移.步距角=360/（转子齿数*拍数）
2、LED显示器原理
LED显示器由七条发光二极管组成显示字段，有的还带有一个小数点。
将七段发光二极管阴极连在一起，称为共阴极接法，当某个字段的阳极为高电平时，对应的字段就点亮。
共阳极接法是将LED的所有阳极并联后接到+5v上，当某一字段的阴极为0时，对应的字段就点亮。
3、键盘接口原理
键盘实际上是又排列成矩阵形式的一系列按键开关组成，用户通过键盘可以向CPU输入数据、地址和命令。
本设计采用8155接口芯片构成的4*8键盘的接口电路，其中A口为输出，作为列线；C口为输入，作为行线。
当所有的键没有被按下时，C口输入均为高；若某列线为低，恰好该列上有键被按下，则键所在的行线为低。
三、设计原理
系统中使用20BY-0型号步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度，电机线圈由A、B、C、D四相组成。
步进电机驱动原理是通过对它每相线圈中的电流的顺序切换来使电机旋转，驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。
BA、BB、BC、BD即为脉冲信号输入插孔，驱动器输出A、B、C、D接步进电机。
四、连线图
步进电机模块插头接实验系统J3插座，（顺接）
把P1.0~P1.3分别接到BA~BD插孔。
五、设计说明及流程
1.数码管显示字形
LED显示器是由发光二极管构成的字段组成的显示器。
显示程序任务：
设置显示缓冲区（7EH－79H），存放待显示数据和字符（位置码）。
显示译码：
程序存储器中建立字形码常数表，查表得出对应数据和字符的字形码。
输出显示：
输出字形码到显示端口
2.字位口表（从高位起）
3.键盘显示原理图
（1）显示子程序模块
采用动态显示方式，即一位一位地轮流点亮（扫描）6位显示器。
在8032RAM存储器中设置六个显示缓冲区单元7EH-79H，分别存放6位显示器的显示数据（从高到低）。
（2）键盘输入模块
实验系统有4×8的键盘结构（见键扫显示原理图）。
键盘的行线通过电阻接+5V，当键盘上没有键闭合时所有的行线和列线都断开，行线都为高电平。
当键盘上某一键闭合时，则该键所对应的行线和列线都短路。
CPU逐行逐列地检查键盘的状态，可判断键盘上有无键闭合。
CPU对键盘上闭合键的键号确定，可根据行线和列线的状态计算求得，也可以根据行线和列线的状态查表求得。
（3）步进电机控制模块
实现步进电机的转动方式以及转速控制原理：
四相四拍运行方式，即AB-BC-CD-DA-AB或A-B-C-D-A
或者四相八拍方式，即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A-AB实验时控制P1口对应位为“1”。
通过控制每一拍的间隔来控制电机的转速
内存使用分配表
步序
控制位
工作
状态
控制
模型
P1.7
P1.6
P1.5
P1.4
P1.3D相
P1.2
C相
P1.1
B相
P1.0
A相
1
0
0
0
0
0
0
1
1
AB
03H
2
0
0
0
0
0
1
1
0
BC
06H
3
0
0
0
0
1
1
0
0
CD
OCH
4
0
0
0
0
1
0
0
1
DA
09H
六、内存使用分配表
79H：
步数的个位7AH：
步数的十位
7BH：
步数的百位7CH：
步数的千位
7DH：
转速等级（0~F）7EH：
正反转控制
字形口地址：
0FFDCH字位口地址：
0FFDDH
键盘扫描口地址：
0FFDCH键盘输入口地址：
0FFDEH
七、程序清单
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG001BH；设置中断服务程序跳转
LJMPT1INT
ORG0300H
MAIN：
ACALLSHURU；调用输入程序，等待确认后返回
MOVR1,79H
MOVR2,7AH
MOVR3,7BH
MOVR4,7CH
MOVR5,#00H
MOVA,7DH；读取设定的速度等级0-F
MOVR6,#4；循环左移4位
N1：
RLA
DJNZR6,N1
MOVTMOD,#10H；T1模式1，16位记数模式
MOVTH1,A；左移后的速度等级存放到TH1
MOVTL1,#00H；按此装载则0等级的定时最长，转速最慢，F等级的转速最快。
SETBEA；开中断
SETBET1
SETBTR1
WAIT：
ACALLXS；调用显示子程序并等待T1中断
JNBET1，N5；若中断关闭则步数已减为零，重新执行主程序
SJMPWAIT
N5：
AJMPMAIN
RM：
DB03H,06H,0CH,09H,00H；正转控制字
LM：
DB03H,09H,0CH,06H,00H；反转控制字
T1INT：
PUSHACC；T1中断服务程序
PUSHPSW；保护现场
PUSHDPH
PUSHDPL
MOVA，7EH；读取转向
JNZLEFT；A中内容不为0，则转反转
MOVDPTR，#RM
AJMPN2
LEFT：
MOVDPTR，#LM
N2：
MOVA，R5；设置R5作为RM或LM的偏移量
MOVCA，@A+DPTR
MOVP1，A
INCDPTR
MOVA，R5
MOVCA，@A+DPTR；取下一步控制字
JNZNEXT1；如不等于0则R5自增1，否则R5清零
MOVR5，#00H
AJMPN3
NEXT1：
INCR5
N3：
CJNER1，#00H,M1；执行步数减1并判断是否为0
CJNER2，#00H,M2
CJNER3，#00H,M3
CJNER4，#00H,M4
CLRET1；步数减为0，关闭中断
CLREA
M4：
DECR4
MOVR3，#09H
MOV7CH，R4
AJMPM43
M3：
DECR3
M43：
MOVR2，#09H
MOV7BH，R3
AJMPM32
M2：
DECR2
M32：
MOVR1,#09H
MOV7AH,R2
AJMPM21
M1：
DECR1
M21：
MOV79H，R1
MOVA，7DH
MOVR6，#4
N4：
RLA
DJNZR6,N4
MOVTH1,A
MOVTL1,#00H
POPDPL；恢复现场
POPDPH
POPPSW
POPACC
RETI；中断返回
SHURU：
MOVR0，#7EH；置显缓指针初值
MOVR1，#7EH；置键入缓冲指针初值
MOV79H，#00H；初始化设定值
MOV7AH，#00H
MOV7BH，#00H
MOV7CH，#00H
MOV7DH，#00H
MOV7EH，#00H
MOVR3，#06H；存放未设置数码管个数
SHURU1：
ACALLKS1；判断是否有键闭合
JZXY；（A）=0，无键闭合，调显示延时
ACALLXD；（A）/=0，有键闭合，进行消抖延时
CJNEA，#16H，XY
；判断是否是确认键按下，如不是，继续输入；如是，返回主程序
RET
XY：
ACALLXS
AJMPSHURU1
XD：
ACALLT12ms；消抖，延时12ms
ACALLKS1；延时后看是否仍有键闭合
JNZN0；仍有键闭合，转扫描程序
RET
N0：
ACALLSAOM1
RET
SAOM1：
MOVR2，#0FEH；R2记列的扫描字
MOVR4，#0H；R4记列号
SAOM2：
MOVDPTR，#0FFDDH；将扫描字送列
MOVA，R2
MOVX@DPTR，A
INCDPTR；指向行地址
MOVXA，@DPTR；读取行值
JBACC.0，LONE；第0行无键按下，转查第
MOVA，#00H；第0行有键按下，置0行首键号#00H
AJMPQJH；转求键号
LONE：
JBACC.1，LTWO
MOVA，#08H
AJMPQJH
LTWO：
JBACC.2，LTHR
MOVA，#10H
AJMPQJH
LTHR：
JBACC.3，NEXT
MOVA,#18H
AJMPQJH
QJH：
ADDA，R4；键号=行首键号+列号
PUSHACC；键号进栈保护
SAOM3：
ACALLKS1；等待键释放
JNZSAOM3
POPACC；键释放，返回，A中存键号
CJNEA，#16H，AAA；根据键号判断是否是确认键
AJMPCHS
AAA：
ACALLQJZ；以键号求键值，返回值A中为待显示数值
MOV@R1，A
DECR1
DJNZR3，CHS；若按键数超过6个，则R3重新赋值，重新设置设定值
MOVR3，#06H
MOVR1，#7EH
CHS：
RET
NEXT：
INCR4；增加列号值
MOVA，R2
JNBACC.7，CHS；第8列是否已经扫描
RLA；第8列未扫描，转下一列扫描
MOVR2，A
AJMPSAOM2
QJZ：
MOVDPTR，#TAB1；求键值子程序
MOVCA，@A+DPTR
RET
TAB1：
DB7,4,8,5,9,6,0AH,0BH
；按顺序为键号从0-31，表中为对应键值
DB1,0,2,0FH,3,0EH,0CH,0DH
DB0,1,0,1,0,1,0,1
DB2,3,2,3,2,3,2,3
XS：
MOV30H，#20H；30H单元存放字位码
XS1：
MOVDPTR，#TAB
MOVA，@R0；R0指向7E-79H单元
MOVCA，@A+DPTR；查表得R0所指单元的值的字形码
MOVDPTR，#0FFDCH；字形口地址
MOVX@DPTR，A；送字形口地址
MOVDPTR，#0FFDDH；字位码地址
MOVA，30H
MOVX@DPTR，A；送字位码
ACALLT1ms；延时1ms
DECR0
JBACC.0，XS2；判断是否已显示最右边数码管，是则重置指针R0
RRA
MOV30H，A
AJMPXS1
XS2：
MOVR0，#7EH
RET
TAB：
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H
DB80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH
T1ms：
MOVR7，#02H；延时1ms
L4：
MOVR6，#0F8H
L3：
DJNZR6，L3
DJNZR7，L4
RET
T12ms：
MOVR7，#18H；延时12ms程序
L6：
MOVR6，#0F8H
L5：
DJNZR6，L5
DJNZR7，L6
RET
KS1：
MOVDPTR，#0FFDDH；判键闭合子程序，有键闭合则A不为0
MOVA，#00H
MOVX@DPTR，A
INCDPTR
MOVXA，@DPTR
CPLA
ANLA，#0FH
RET
END
说明：
实际的键盘分布如图所示，每个方框代表一个键，中间的数字代表键值，及键盘上印着的数字，每个键上方的小数字代表键在扫描时的键号：
8、心得体会
通过这一次的课程设计，我对单片机的相关知识有了深刻的认识、对设计步进电机有了大致的了解，同时加深了对汇编语言等知识的了解和掌握，同时通过实践，对以上内容有了更深刻的认识，有效地将书本知识和实际情况联系起来。
很快我们就要步入社会，面临就业了，就业单位不会像老师那样点点滴滴细致入微地把要做的工作告诉我们，更多的是需要我们自己去观察、学习。
不具备这项能力就难以胜任未来的挑战。
随着科学的迅猛发展，新技术的广泛应用，会有很多领域是我们未曾接触过的，只有敢于去尝试才能有所突破，有所创新。
这次课程设计带给我的，不全是我所接触到的那些操作技能，也不仅仅是通过几项工作所要求我们锻炼的几种能力，更多的则需要我们每个人在课程设计结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤时自勉，有所收获，使这次课程设计达到了真正目的，同时让我认识到没有文化、没有本领、懒惰，就注定你永远是社会的最底层！
但同时社会又是美好的，只要你肯干、有进取心，它就会给你回报、让你得到自己想要的！
课程设计是大学里必不可少的一项内容，一直以来，我们作为学生，只是一味地获取知识，真正实践的机会少之又少。
所谓“读万卷书，行万里路”，大学生读的书不一定上万卷，但却不少，从小一直读到大，而行的路却太少了。
所以我觉得课程设计具有重大的意义，它提供我们实践的机会，从中去发觉自己所学的与真正应用的是不相符的，是不是在大学里学的知识出了校园就用不上。
通过实践，可以了解自己与理想的差距，在以后的学习中，可以有侧重地弥补某些方面的不足。
总之，这次实践是有收获的，自己也有许多心得体会。
感受颇深的一点是，理论学习是业务实践的基础，但实践与理论的阐述又是多么的不同，在学习的闲暇之间，一定要实际运用理论知识，在实践中验证知识，发现知识。
此次课程设计，愉快而难忘，虽然结束，但学习与实践永不会结束。
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
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