最新单片机课程设计步进电机启动停止正反转.docx

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最新单片机课程设计步进电机启动停止正反转

单片机课程设计步进电机启动停止正反转

单片机课程设计报告

步进电机控制设计

姓名：

黄盛海201030480108

詹志勋201030480125

郑榕生201030480128

班级：

10车辆工程1班

指导老师：

李震姜晟

日期：

2012.6.18~6.20

华南农业大学工程学院

摘要：

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。

本次课程设计主要采用AT89S52芯片，用汇编语言编写出电机的正转、反转、加速、减速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2003以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用相应的发光二极管显示出来。

控制系统主要由硬件设计和软件设计两部分组成。

其中，硬件设计包括单片机的最小系统模块、电源模块、控制模块、步进电机ULN2003A驱动模块、彩灯显示模块5个功能模块的设计。

并且通过仿真控制系统对硬件、软件进行了调试和改善，实现了上述功能。

本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。

关键词：

步进电机单片机电脉冲驱动系统汇编语言

1、课程设计目的及要求……………………………………4

2、整体系统分析……………………………………………4

3、硬件系统分析……………………………………………6

4、软件系统分析……………………………………………10

5、调试结果…………………………………………………10

6、结论………………………………………………………11

7、参考文献……………………………………………………12

附一：

源程序…………………………………………………12

1.课程设计目的及要求

1.1课程设计目的

①增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解；

②掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、存贮器、I/O口、A/D转换等；

③了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程及实现方法。

1.2课程设计要求

①设计一个步进电机控制器，要求用多个按键控制电机的启动/停止、加速、减速、反转等控制功能；

②用彩灯显示电机的转动状态，如加速就控制彩灯快速闪烁，减速则控制彩灯慢速闪烁等。

2.整体系统分析

2.1步进电机控制工作原理

步进电机实际上是一个数字\角度转换器，也是一个串行的数\模转换器。

步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4个方面。

从结构上看,步进电机分为三相、四相、五相等类型,本次设计的是四相电机。

四相步进电机的工作方式有单四拍、双四拍和单双八拍3种。

28BYJ-48步进电机：

2.1.1步进电机的启停控制

步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感,即振动感。

为了使电机转动平滑,减小振动,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波,可以减小步进电机的步进角,提高电机运行的平稳性。

在步进电机停转时,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑,则需采用合适的锁定波形,产生锁定磁力矩,锁定步进电机的转轴,使步进电机的转轴不能自由转动。

2.1.2步进电机的转向控制

如果给定工作方式正序换相通电,步进电机正转。

若步进电机的励磁方式为单四拍，即A-B–C-D。

如果按反序通电换相，即则电机就反转。

2.1.3步进电机的速度控制

如果给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再转一步。

2个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。

调整送给步进电机的脉冲频率,就可以对步进电机进行调速。

2.2系统设计思路

我们本次设计的步进电机控制系统主要有单片机89S52、ULN2003A步进电机驱动芯片、四相永磁式步进电机、LED显示管及其其他相关元件组成。

可以通过开关来控制系统的启/停工作，并通过LED显示管的工作状态显示步进电机的正、反转和前进、后退的状态。

其总体设计框图1所示：

3.硬件系统设计

3.1主要元件简介

3.1.1AT89S52单片机

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。

AT89S52具有以下标准功能:

8k字节Flash，256字节RAM,32位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

图2.AT89S52引脚图

3.2模块分析

3.2.1时钟晶振电路

时钟电路是整个系统的心脏，控制着步进电机工作节奏。

单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:

内部振荡和外部振荡。

图4中的外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30PF左右，晶振频率选12MHz。

图4时钟电路

3.2.2复位电路

单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

复位操作有两种情况，即上电复位和手动（开关）复位。

本系统采用上电复位方式。

图5复位电路

3.2.3步进电机驱动电路

本设计采用ULN2003A芯片。

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。

其中1B、2B、3B、4B分别与P0.0、P0.1、P0.2、P0.3相接

图6电机驱动电路

3.2.4显示电路

由于系统显示的内容比较简单，所以显示选用发光二级管既方便又经济。

当步进电机开始工作的时候，发光二极管发光；当步进电机不工作时，发光二极管不发光；当步进电机加速运行时，发光二级管快速闪烁；当步进电减速运行时，发光二极管减速闪烁。

图7显示电路

3.2.5系统总电路

综合以上各模块，可得到总电路图：

图8电路总体仿真图

4．软件系统设计

程序编写程序流程图：

（源程序见附录）

否

是

否

0是

5.调试结果

连接并检查完基本线路后，我们将程序烧写到芯片上，但是开始我们设计的程序却烧写不上，我们以为是我们的开发板出现了问题，但检查后开发板没问题，之后才知道我们用的芯片烧写器不行，换了个烧写器后程序便能够正确烧写进去了。

然后就按下各个开关按键进行测试，最后电机和显示器都基本上按照设计要求工作了。

6.总结

本次单片机课程设计可谓是困难重重，在设计制作的过程中确实遇到了很多问题，但是通过我们组员的共同努力最终得到了解决了。

其中最大的一个问题就是软件程序的编写，在我们确定设计方案后，就开始用汇编语言编写程序了，在我们开始自己编写之前，通过网络查阅了一些相关的资料，也参考了一些其他成功的程序。

但在我们编好之后，在进行计算机仿真测试的时候，总是不成功，不是电源通不上电，就是电机的转动状态不受控制，不能实现加速、减速、正反转等问题，于是就对程序进行一次又一次的修改，但最终还是没有成功，可能是由于我们是学机械专业的，对编程序这些电子类的知识有所欠缺，在实际操作起来确实有些难度。

最后，我们只好向电信专业的同学寻求指导帮助。

通过虚心请教之后，我们的问题得到了解决，同时通过交流也学到了很多。

通过本次课程设计，我们深深体会到了理论知识学习的重要性，如果没有扎实的理论知识作为奠基，那么在今后的实践运用中就像是无头之蝇，没有一点头绪，不知从何入手，最终只能求助于他人，被动地进行工作。

不管对以后的工作还是学习都起不到积极的促进作用。

在本次课程设计活动中，我们团队也体会到了分工协作的重要性，黄盛海、郑榕生主要负责写程序、调试，詹志勋负责撰写设计报告，每个组员分工明确，遇到个人难以解决的问题就一起商量讨论，极大的提高了工作效率。

这点是值得我们在今后的工作和学习中好好运用的。

7.参考文献

[1].王卫星，邓小玲，代芬等.单片机原理与应用开发技术.中国水利水电出版社.2009.

附一：

源程序

ORG00H

START:

MOVDPTR,#TAB1

MOVR0,#03H

MOVR1,#4H

MOVR4,#00H

MOVP0,#03H

WAIT:

MOVP0,R0

MOVP0,#0FFH

JNBP3.4,TIZ;P3.4有停止键按下时，跳到停止子程序

JNBP3.0,ZHENG;P3.0有启动正转键按下时，跳到停止子程序

JNBP3.1,FAN

SJMPWAIT

ZHENG:

;正转子程序

MOVA,R4

MOVCA,@A+DPTR

ACALLDELAY

INCR4

AJMPKEY

FAN:

;反转子程序

MOVR4,#6

MOVA,R4

MOVCA,@A+DPTR

MOVP3,A;

ACALLDELAY

AJMPKEY

KEY:

MOVP3,#0FFH;KEY检测，赋初值

JBP3.4,ZZ1

AJMPTIZ

TIZ:

MOVP0,#00H;停止子程序

AJMPKEY

ZZ1:

JBP3.0,FZ1;正转按键检测，有键按下转到FZI

CJNER4,#8,LOOPZ;循环次数是否为8，为8则清0

MOVR4,#0

LOOPZ:

MOVA,R4;读电机状态显示

MOVCA,@A+DPTR

MOVP0,A;赋给P0，显示1为正转，2为反转，3为加速，4为减速

SETBP1.1;赋高电平，关闭反向状态灯

CPLP1.0;开正转状态灯

JNBP3.2,JIASUZ;加速子程序

JNBP3.3,JIANSUZ;减速子程序

ACALLDELAY

INCR4

AJMPKEY

FZ1:

JBP3.1,KEY

CJNER4,#255,LOOPF

MOVR4,#8

LOOPF:

DECR4

MOVA,R4

MOVCA,@A+DPTR;读脉冲

MOVP0,A;给步进电机输入脉冲

SETBP1.0

CPLP1.1

JNBP3.2,JIASUF;加速按键检测

JNBP3.3,JIANSUF;减速按键检测

ACALLDELAY

AJMPKEY;跳转到KEY检测子程序

DELAY:

MOVA,R1;延时子程序

MOVR6,A

DELAY2:

MOVR5,#6H

DD2:

MOVR7,#0

DD3:

DJNZR7,DD3

DJNZR5,DD2

DJNZR6,DELAY2

RET

DELAY1:

MOVR6,#20H

DD4:

MOVR5,#02H

DD5:

MOVR7,#0

DD6:

DJNZR7,DD6

DJNZR5,DD5

DJNZR6,DD4

RET

JIASUZ:

;加速的按键检测

ACALLDELAY1

CJNER1,#02,L1

JMPL2

L1:

DECR1

L2:

JMPLOOPZ

JIANSUZ:

;减速的按键检测

ACALLDELAY1

CJNER1,#08H,L3

JMPL4

L3:

INCR1

L4:

JMPLOOPZ;返回LOOPZ,循环

JIASUF:

;加速子程序

ACALLDELAY1

CJNER1,#02H,L5

JMPL6

L5:

DECR1

L6:

JMPLOOPF

JIANSUF:

;减速子程序

ACALLDELAY1

CJNER1,#08H,L7

JMPL8

L7:

INCR1

L8:

JMPLOOPF

TAB1:

DB02H,06H,04H,0CH

DB08H,09H,01H,03H

END