基于单片机的步进电机控制系统

1、J I A N G S U U N I V E R S I T Y单片机课程设计 -步进电机控制所属学院： 电气信息工程学院 专业班级： 电气卓越1202 姓 名： 学 号： 指导教师： 孙运全 日 期： 2015年6月26日 一.设计任务 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。显示器上显示：第一位为0表示正转，为1表示反转；第二位0F为转速等级，第三到第六位设定步数。2. 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

2、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)=18度2.LED显示器原理LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，这些段分别由字母a,b,c,d,e

3、,f,g,dp来表示。LED显示器有共阳极和共阴极两种接法，共阴极显示器的发光二极管阴极LED连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示；同样，共阳极显示器的发光二极管LED阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管点亮，相应的字段被点亮。3.键盘接口原理键盘实际上是由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。我们主要需要解决键的识别与键的抖动消除和键的保护等问题。采用8255A接口芯片构成的4*8键盘的接口电路，其中A口为输入，作为列线；C口为输入作为行线。

4、当所有的键没有被按下时，C口输入均为高；若某列线为低时，恰好该列上有键被按下，则键所在的行线为低。三设计原理及步骤系统中使用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。步进电机控制原理是通过对它每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转，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。步骤：先根据书本的键盘扫描程序与数码管显示程序，设计了键盘显示程序，然后是数码管显示程序，把二者整合到一起，调试成功后，再设计了驱动电机程序，实现电机的

5、正反转与调速控制。四硬件原理接线图n 步进电机模块插头接实验系统J3插座，（顺接）n 把P1.0P1.3分别接到BABD插孔。五设计说明及流程图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(7EH79 H)，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

6、示数据（由高到低）。(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。键号=行首键号+列号。键输入流程图下图是实际的4*8键盘的分布图，每个方框代表一个键，中间的数字代表键值，即键盘上印的数值，每个键上方的小数字代表键在扫描时的键号。3.步进电机控制步进电机工作时序波形图 单

7、四拍 双四拍 八拍四相双四拍脉冲分配表ABCDN1100N+10110N+20011N+31001根据表格得出控制步进电机正反转的控制字RM: DB 03H,06H,0CH,09H,00H ；正转控制字LM: DB 03H,09H,0CH,06H,00H ；反转控制字步进电机采用四相四拍运行方式，即AB-BC-CD-DA-AB或A-B-C-D-A；程序中，控制对应激励一相即对该相置“1”， 即置相应P1口为1；通过控制每一拍的间隔时间用延时子程序实现步进电机转速的控制。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，它会转出一步。两个脉冲的时间间隔越短，步进电机就转的越快。调整送给步进

8、电机的脉冲频率，就可以对步进电机转速进行控制。内存使用分配表六程序清单ORG 0000H AJMP MAIN ORG 001BH LJMP T1INT ORG 0300H ；主程序入口MAIN: ACALL SHURU ；调用输入子程序，等待确认后返回MOV R1,79H ；设置显示缓冲区MOV R2,7AHMOV R3,7BHMOV R4,7CHMOV R5,#00HMOV A,7DH；读取设定的速度等级MOV R6,#4 ；循环左移四位N1: RL ADJNZ R6,N1MOV TMOD,#10H ；T1模式1，16位计数MOV TH1,A ；将左移后的速度等级存放到TH1MOV TL1,

9、#00H ；按此装载，则0等级的定时时间最长，转速最慢，F定时时间最长，转速最快SETB EA；开中断SETB ET1SETB TR1WAIT: ACALL XS ；调用显示子程序，并等待T1中断JNB ET1,N5 ；若中断关闭则步数已减为零，重新执行主程序SJMP WAITN5 : AJMP MAINRM: DB 03H,06H,0CH,09H,00H ；正转控制字LM: DB 03H,09H,0CH,06H,00H ；反转控制字T1INT:PUSH ACC ；T1中断服务子程序，保护现场PUSH PSWPUSH DPHPUSH DPLMOV A,7EH ；读取转向JNZ LEFT ；如果

10、A中的内容不为0，则转向LEFT，反转MOV DPTR,#RM ；如果A中的内容为0，则正转AJMP N2LEFT: MOV DPTR,#LM N2: MOV A,R5 ；设置R5作为RM或LM的偏移量MOVC A,A+DPTRMOV P1,AINC DPTR MOV A,R5MOVC A,A+DPTR ；取下一步控制字JNZ NEXT1 ；如果A不为0，则转NEXT1，R5自增一，否则清零MOV R5,#00HAJMP N3NEXT1:INC R5N3: CJNE R1,#00H,M1 ；执行步数减一，并判断是否为0CJNE R2,#00H,M2CJNE R3,#00H,M3CJNE R4,

11、#00H,M4CLR ET1 ；步数减为0，关闭中断CLR EAM4: DEC R4MOV R3,#09HMOV 7CH,R4AJMP M43M3: DEC R3M43: MOV R2,#09HMOV 7BH,R3AJMP M32M2:DEC R2M32: MOV R1,#09HMOV 7AH,R2AJMP M21M1: DEC R1M21: MOV 79H,R1MOV A,7DHMOV R6,#4N4: RL ADJNZ R6,N4MOV TH1,AMOV TL1,#00HPOP DPL ；恢复现场POP DPHPOP PSWPOP ACCRETI ；中断返回SHURU:MOV R0,#7E

12、H ；置显示缓冲器指针初值MOV R1,#7EH ；置键入缓冲指针初值MOV 79H,#00H ；初始化设定值，使数码管“灭”MOV 7AH,#00HMOV 7BH,#00HMOV 7CH,#00HMOV 7DH,#00HMOV 7EH,#00HMOV R3,#06H ；存放未设置的数码管个数SHURU1:ACALL KS1 ；判断是否有键闭合JZ XY ；A=0，表明无键闭合，调显示延时ACALL XD ；A不为0，表明有键闭合，进行消抖延时CJNE A,#16H,XYRET XY: ACALL XS AJMP SHURU1 XD: ACALL T12ms ACALL KS1 JNZ N0

13、RET N0: ACALL SAOM1 RETSAOM1: MOV R2,#0FEH ；R2记列的扫描字 MOV R4,#0H ；R4记列号SAOM2: MOV DPTR,#0FFDDH ；将扫描字送列 MOV A,R2 MOVX DPTR,A INC DPTR ；指向行地址 MOVX A,DPTR ；读取行值 JB ACC.0,LONE ；第0行无键按下，转查第一行 MOV A,#00H ；第0行有键按下，置0行首键号#00H AJMP QJH ；转向求键号程序 LONE:JB ACC.1,LTW0 MOV A,#08H AJMP QJH LTW0: JB ACC.2,LTHR MOV A,

14、#10H AJMP QJH LTHR: JB ACC.3,NEXT MOV A,#18H AJMP QJHQJH: ADD A,R4 ；键号=行首键号+列号PUSH ACC ；键号进栈保护SAOM3: ACALL KS1 ；等待键释放JNZ SAOM3POP ACC ；释放后返回A中所存的键号CJNE A,#16H,AAA ；根据键号判断是否是确认键AJMP CHSAAA: ACALL QJZ ；根据键号求键值，返回A中为待显示值MOV R1,ADEC R1DJNZ R3,CHS ；如果按键值超过6位，则重新设置设定值MOV R3,#06HMOV R1,#7EHCHS: RETNEXT: IN

15、C R4 ；增加列号值MOV A,R2JNB ACC.7,CHS ；第8列是否已经扫描RL A ；如果没扫描，就转下一列扫描MOV R2,AAJMP SAOM2QJZ: MOV DPTR,#TAB1 ；求键值的子程序MOVC A,A+DPTRRETTAB1:DB 7,4,8,5,9,6,0AH,0BH ；按顺序为键号0-31，表中为对应键值 DB 1,0,2,0FH,3,0EH,0CH,0DH DB 0,1,0,1,0,1,0,1 DB 2,3,2,3,2,3,2,3XS: MOV 30H,#20H ；30H单元存放字位码XS1: MOV DPTR,#TAB MOV A,R0 ；R0指向7E-

16、79H单元 MOVC A,A+DPTR ；查表得R0所指单元值的字形码 MOV DPTR,#0FFDCH MOVX DPTR,A ；送字形口地址 MOV DPTR,#0FFDDH MOV A,30H MOVX DPTR,A ；送子位码地址 ACALL T1ms ；延时1ms DEC R0 JB ACC.0,XS2 ；判断是否已显示最右边的数码管，是则重置指针R0 RR A MOV 30H,A AJMP XS1XS2: MOV R0,#7EH RETTAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H DB 80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,

17、86H,8EHT1ms:MOV R7,#02H ；延时1msL4: MOV R6,#0F8HL3: DJNZ R6,L3 DJNZ R7,L4 RETT12ms:MOV R7,18H ；延时12msL6: MOV R6,#0F8HL5: DJNZ R6,L5 DJNZ R7,L6 RETKS1: MOV DPTR,#0FFDDH ；判断闭合子程序，有键闭合则A不为0 MOV A,#00H MOVX DPTR,A INC DPTR MOVX A,DPTR CPL A ANL A,#0FH RET END七设计心得体会在大三学年即将进入尾声的时候，我们电气工程及其自动化专业的两个班级进行了为期五天的单片机课程设计。这次课程设计我们的主要任务就是用单片机完成对步进电机的控制，从键盘上输入正、反转命令，转速参数（16级）和转动步数，并显示在LED显示器上。第一位为0表示正转，为1表示反转；第二位0F为转速等级，第三到第六位设定步数，转动步数减为零时停止转动。在第一天和第二天我们设计了键盘扫描和数码管显示部分的程序。第三天,设计了驱动电机程序，实现电机的正反转与调速控制。然后对硬件部分进行连线，驱动电机，观察在正反转以及各级速度时步进电机能否被正确驱动，根据现象做了进一步调试。第四天,我和我的组员对进行了总结,并准备答辩。在这个过程中，我感觉到所学的单片机内容还不是很扎实，所以先把