中南大学微控制器课程设计步进电动机位置测量与控制设计报告..

1、中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-1 -中南大学微控制器应用系统设计课程设计报告设计题目 步进电机位置测量与控制指导老师吴同茂老师_设计者 _专业班级 _设计日期2014.04-2014.05中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-2 -目 录第一章 微控制器应用系统综合设计的目的及意义 .11.1设计目的.11.2课程在教学计划中的地位和作用 .1第二章步进电动机位置测量与控制设计任务 .12.1 设计内容及要求 .12.1.1必做实验部分. 12.1.2选做设计部分 . 22.2课程设计的要求.2第三章总体设计方案.23.1设计思想.23.2总体设

2、计流程图.3第四章 硬件设计.44.1 硬件设计概要.44.2所用到的芯片及功能说明 .44.2.1芯片列表. 44.2.2 89C51 的功能简介 . 54.2.3 ADC0809 的功能简介 . 74.2.4 LCD12864F 的功能简介. 84.2.5 74LS373 的功能简介 . 94.2.6 6264 的功能简介 . 104.2.7 74LS01 02 04 的功能简介. 11中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-3 -4.2.8 8279 的功能简介 . 114.2.9 DVCC-DJ4 电机平台功能简介. 134.3 硬件电路设计系统原理图及其说明 .15

3、4.3.1系统结构框图 . 154.3.2系统硬件系统原理图. 154.3.3系统硬件使用说明. 21第五章软件设计5.1流程图及其说明.225.1.1 AD 采样子程序流程图 . 225.1.2键盘扫描与报警子程序流程图 . 235.1.3步进电机控制流程图 . 245.1.4 LCD 显示子程序流程图. 24第六章 系统调试及使用说明 .25第七章总结与体会.27参考文献.28附件一 步进电动机位置测量与控制设计使用说明 .29附件二步进电动机位置测量与控制设计程序清单 .31中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-4 -第一章 微控制器应用系统综合设计的目的及意义1.1

4、设计目的本课程的主要任务是运用所学微控制器技术、微机原理等方面的知识，设计出 一台以 80C32MC 为核心的单片机数据采集、通讯或测控系统，完成信息的采集、处 理、输出及人机接口电路等部分的软、硬件设计。1.2课程在教学计划中的地位和作用微控制器应用系统综合设计是为测控专业微控制器技术课程而开设的 课程设计教学环节，其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题 的能力，是通过设计以微控制器为核心的单片机检测系统，加深学生对微控制器技 术的了解，进一步掌握其程序设计与硬件接口技术。第二章步进电动机位置测量与控制设计任务2.1设计内容及要求本课程设计的重点是培养学生利用微控制器的硬、软

5、件开发技术进行微控制 器系统的设计与开发能力。具体设计内容包括两个部分。2.1.1 必做实验部分1 .步进电机控制2. 直流电机控制3. 扩展键盘显示接口实验4. LED 16X16 点阵显示实验5. LCD 液晶显示接口实验6. 双积分式 A/D 芯片 M C 14433 的扩展接口实验7. 电机控制机电一体化实验平台实验8. 温度、压力测量与控制实验平台实验2.1.2 选做设计部分中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-5 -步进电动机位置测量与控制设计，设计内容：掌握将步进电动机角位移变成直 线位移和测量位置的方法。利用电机控制机电一体实验仪上的硬件电路，将步进电 动机

6、的角位移变成直线位移。并采用A/D0809 转换器构成一个测量位置的系统。编制程序定位和测量机电平台上指针指示的位置。设计要求：设计出电路原理图，说明工作原理，编写程序及程序流程图2.2课程设计的要求本课程设计涉及微控制器技术课程的基本概念和理论，主要要求学生掌 握微控制器的指令系统、中断技术、总线扩展、模拟与数字I/O 接口技术与通讯技术等，重点是培养学生掌握微控制器在自动化测控应用系统中的设计与开发方法。课程设计的基本要求如下：1.掌握单片微控制器硬件结构和工作原理、中断与定时系统、嵌入式应用、现场总线等基本概念和原理；2熟悉 8/16 位单片微控制器的主要功能单元和指令系统;3熟悉测控网

7、络中嵌入式微控制器的应用和现场总线应用技术。4 禾 U 用微控制器的接口技术进行简单的测控及自动化应用系统设计;5.每人提交系统设计报告一份，现场演示验收设计系统。第三章总体设计方案3.1 设计思想本次设计的目的就是将步进电机的角位移转换为线位移，通过机电平台可以轻松完成该转换。通过机电平台的 IN0 端反馈电压信号经过 ADC0809 转换成数字信号， 但该数字信号不是所需要的十进制数字，而是16 进制数据，编写算法将 16 进制数据转换成 10 进制数，目标值的设定用 8279 键盘进行输入并且通过 LCD 显示出来。 每一次 AD 采样出来的数据与程序运行时键盘输入的目标数据进行比较，控

8、制电机左右转直到电机到达目的坐标为止。即电机每转一次反馈一次电压信号通过 AD 采样转换与原数据进行比较，在 LCD 上显示出来，并且控制电机进行下一步运转实现循环，通过设置对比标志位来跳出 循环。中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-6 -3.2总体设计流程图中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-7 -第四章硬件设计4.1硬件设计概要本系统旨在通过步进电机平台将角位移转换为直线位移在LCD 上进行显示，并能进行测量与控制。采用 89C51 作为系统的 CPU 能把快擦写存储器应用于单片机 中这使得在系统开发过程中修改程序十分容易，大大缩短了系统的开发周

9、期。应 用 ADC0809 勺通道 1 来进行电机信号反馈采样，并通过 LCD12864F 显示出所需数据。 作为整个系统最主要的驱动部分，电机采用DVCCDJ4 电机平台，能完好满足系统要求，将角位移转换为直线位移，并能通过端口IN0 进行电压反馈。本系统的显示部分采用了 T6963C 控制下的 12864F 128x64 的 LCD 显示屏，能实现系统所需数据的 动静态显示。人机对话部分采用了键盘8279 芯片消除键抖，进行系统数据的输入。报警电路运用 89C51 的 P3.1 端口进行端口置位将二极管点亮，复位电路运用89C51的 P3.0 端口作为置位信号对系统进行控制。4.2所用到的

10、芯片及功能说明4.2.1芯片列表89C511块ADC08091块LCD12864F1块74LS3732块62642块74LS014块74LS022块74LS044块82791块7SEG-MPX4-CA (LED1块DVCC-DJ4 电机平台1台中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-8 -422 89C51 的功能简介.uz_|以 T 負 IdPO.D/ADOP0.1/AD1 P0.2/AC2XTAL2P 口 3/ADGin 俎甜:Ih33I1|371|3511hPO 5/AC6PD.OMDO RSTP0.7/AD7P2.17/50Q-T-dfl34:1) )h33l lhe

11、3211r211rh22II .1 1i23j JP h29PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2 5/A13P2.6/A14P2.7/A16CMnADYfS241i 1ii30251) )h3-1204i |i2711IIPli28i41i rh110ii4iii2r 1Jjflir-J.U/KAJJP1.VT2EXP3.VTXDP1.2P3.27INTOP1.3P3.3jNT1P1.4F34/TOpispa.srriP1.5P3.GAiVRP1.7P3.7/RD11IIrII312i413IIrh514ili6-1516IIp817IIh F4 J_-亠qfeXr图 422

12、VCC 供电电压。GND 接地。P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它 可以被定义为数据地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输 出 4TTL门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部 下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在

13、 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个TTL 门电流，当 P2 口被写“ T 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘 故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输 出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数 据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校 验时接收高八位地址信号和控

14、制信号。P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门 电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-9 -由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL ）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89C5 啲一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INTO （外部中断 0）P3.3 /INT1 （外部中断 1）P3.4 T0 （记时器 0 外部输入）P3.5 T1 （记时

15、器 1 外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST 复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时 间。ALE/PROG 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地 位字节。在 FLASHS程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉 冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR

16、8EHfe址上置 0。此时，ALE 只有在执行 MOV， MOV 指令是 ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状 态 ALE 禁止，置位无效。/PSEN 外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器 周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出 现。/EA/VPP:当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH， 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1 时，/EA 将内部锁定为 RESET 当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASHS程期间，此引脚也用于施加 12V

17、 编程电源（VPP。XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 来自反向振荡器的输出。423 ADC0809 的功能简介中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-10 -1 主要特性1）8 路输入通道，8 位 A/D 转换器，即分辨率为 8 位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为 100 卩 s（时钟为 640kHz 时），130 卩 s （时钟为 500kHz 时）4）单个+5V 电源供电5）模拟输入电压范围 0+5V,不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40+85 摄氏度7）低功耗，约 15mW2 内部结构ADC0809 是 CMO 单片

18、型逐次逼近式 A/D 转换器，内部结构如图 13. 22 所示，它 由8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 A/D 转换器、逐次逼近 寄存器、逻辑控制和定时电路组成。3.外部特性（引脚功能）ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如图 423 所示。下面说明 各引脚功能。IN0IN7: 8 路模拟量输入端。2-12-8 : 8 位数字量输出端。ADDA ADDB ADDC 3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路ALE 地址锁存允许信号，输入，高电平有效。START A/D 转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少 100ns 宽）使其启动 （脉

19、冲上升沿使 0809 复位，下降沿启动 A/D 转换）EOC A/D 转换结束信号，输出，当 A/D 转换结束时，此端输出一个咼电平(转 换期间一直为低电平)。中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-11 -OE 数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK 时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHZREF( +)、REF (-):基准电压。Vcc：电源，单一 +5V。GND 地。4.2.4 LCD12864F 的功能简介LCD1HD 釧遜 4“脚弓号引脚名称方向功能说明1GND-模块的电源地2VD

20、D-模块的电源正端3VR-LCD 驱动电压输入端4A0H/L并行的指令/数据选择信号；串行的片选信号5R/W(SID)H/L并行的读写选择信号；串行的数据口6E(CLK)H/L并行的使能信号；串行的同步时钟7D0H/L数据 08D1H/L数据 19D2H/L数据 210D3H/L数据 311D4H/L数据 412D5H/L数据 513D6H/L数据 614D7H/L数据 715/RESH/L复位低电平有效425 74LS373 的功能简介中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-12 -图 4.2.5373 的输出端 0007 可直接与总线相连。当三态允许控制端 0E 为低电平

21、时，0007 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总 线。当 0E为高电平时，0007 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但 锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 LE 为高电平时，0 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，0 被锁存在 已建立的数据电平。当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗 扰度被改善 400mV）引出端符号：D 旷 D7 数据输入端0E 三态允许控制端（低电平有效）LE 锁存允许端0007 输出端426 6264 的功能简介中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-13 -In tel 6264 的容量为 8KB 是 28

22、引脚双列直插式芯片，采用 CMOS：艺制造A12A0 (address in puts ):地址线，可寻址 8KB 的存储空间。D7DO (data bus ):数据线，双向，三态。OE 读出允许信号，输入，低电平有效。WE 写允许信号，输入，低电平有效。CS 片选信号 1，输入，在读/写方式时为低电平。CE 片选信号 2,输入，在读/写方式时为高电平。VCC +5V 工作电压。GND 信号地。In tel 6264 的操作方式由，CS, CE 的共同作用决定1写入：当和为低电平，且和 CE2 为高电平时，数据输入缓冲器打开，数据由 数据线 D7D0 写入被选中的存储单元。2读出：当和为低电平

23、，且和 CE 为高电平时，数据输出缓冲器选通，被选中 单元的数据送到数据线 D7D0 上。3保持：当为高电平，CE 为任意时，芯片未被选中，处于保持状态，数据线呈 现高阻状态。中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-14 -4.2.7 74LS01 02 04 的功能简介1.74LS01 :是集电极开路两输入端四与非门芯片，与之逻辑功能相同的还有74ls00，不同之处在于在 74ls01 可直接将几个逻辑门（集电极开路门（0C 门）的 输出端相连，这种输出直接相连，实现输出与功能的方式称为线与。即Y=YI Y2但是普通 TTL 与非门的输出端是不允许直接相连的， 因为当一个门

24、的输出为高 电平（丫1）,另一个为低电平（丫2）时，将有一个很大的电流从 VCC 经 Y1 到丫2, 对器件造成损坏。将几个 0C 门的输出端连在一起，公共负载电阻 RL 及电源 Voc 外接。当所有 0C 门的输出都是高电平时，电路的总输出 L 才为高电平，而当任一个 0C 门的输出为低 电平时，总输出就是低电平。但这种与功能并不是由与门来实现的，而是通过输出 线连接来获得的，故称为线与。普通的 TTL 与非门不能实现线与。2.74LS02:是集电极开路两输入端四或非门芯片，实现2 输入四或非门功能。3.74LS04:输入反向器，实现输入信号的取反。4.2.8 8279 的功能简介J IRQ

25、CLKRES izre-KTBCr：图 428ADp .TPICRLD.7|SHIFTCTRUSTBLDLIUL.LI.7RDWR74LS0237inBD 21中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-15 -1. 引脚说明DB0DB:7 双向数据总线。在 CPU 与 8279 间做数据与命令传送。CLK 8279 的系统时钟，100KHz 为最佳选择。RESET 复位输入线。输入 HI 时可复位 8279。CS 芯片选择信号线。当这个输入引脚为低电平时，可将命令写入8279 或读取8279 的数据。A0 缓冲器地址选择线。A0=0 时，读写一般数据；A0=1 时，读取状态标志

26、位或 写入命令。RD 读取控制线。RD=0 寸，8279 输送数据到外部总线。WR 写入控制线。WR=0 寸，8279 从外部总线接收数据。IRQ 中断请求。平常 IRQ 为 LO,在键盘模式下，每次读取 FIFO/SENSOR RA 的 数据时，IRQ 变为 HI，读取后转为 LO;在传感器模式下，只要传感器一有变化，就 会使 IRQ变为 HI，读取后转为 LQSL0SL3 扫描按键开关或传感器矩阵及显示器，可以是编码模式（16 对 1）或解码模式（4 对 1）。RL0RL7 键盘/传感器的返回线。无按键被按时，返回线为 HI ;有按键被按时， 该按键的返回线为 LQ 在激发输入模式时，为

27、8 位的数据输入。SHIFT 在键盘扫描模式时，引脚的输入状态会与其它按键的状态一同储存（在BIT6），内部有上拉电阻，未按时为 HI，按时为 LQCNTL/STB 在键盘扫描模式时，引脚的输入状态会与 SHIFT 以及其它按键的状 态同一储存，内部有上拉电阻，未按时为 HI，按时为 LQ 在激发输入模式时，作为 返回线 8位数据的使能引脚。OUTA0OUTA 动态扫描显示的输出口（高 4 位）。OUTB0OUT:B 动态扫描显示的输出口（低 4 位）。BD 消隐输出线。2. 8279 特点（1）可同时进行键盘扫描及文字显示；键盘扫描模式（Seanned Keyboard Mode）;传感器扫

28、描模式（Seanned Sensor Mode）;激发输入模式（Strobe In put En try Mode） ;中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-16 -8 乘 8 键盘 FIFO（先进先出）;具有接点消除抖动，2 键锁定及 N 键依此读出模式;(7) 双排 8 位数或双排 16 位数的显示器；(8) 右边进入或左边进入。16 位字节显示存储器。429 DVCC-DJ4 电机平台功能简介1. 系统组成连接图图 429.1DVCC-DJ 机电实验平台可以和 DVC(系列单片机实验仪相连，组成机电实验开发 系统。DVCC 系列单片机实验仪和 PC 机连接，实现实验程

29、序的编写、加载和调试工作。系统连接如下：1DVCC 系列实验仪和 DVCC-DJ 机电实验平台分别自带稳压电源，各自接通交流 220V 电源。2使用实验仪通讯电缆将实验仪和 PC 机连接起来。另外，为 DVCC-DJ 殺计了一款专用的测试板，可以方便地实现实验机和平台的 测试及参数校正工作，减少了用户维护的工作量。2.工作原理(1)选择开关使用选择开关确定当前为直流电机工作还是步进电机工作，或处于停机状态。 停机状态并不是断电状态，所以平台较长时间不操作，请关闭开关或拔掉电源插 头，以减少发热，提高机器寿命。(2)传动部分直流电机和步进电机通过橡胶传动带而联动。 步进电机的轴同时连接蜗杆传动减

30、 速中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-17 -机构，再通过齿轮和皮带部分，将电机的圆周运动转换成皮带的水平运动。中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计图 429.2-18 -(3)指示部分皮带水平运动的位移量用指针和刻度尺来量化表示。刻度尺分为16 大格，每大格长度为 1 厘米；每大格分为 10 小格，每小格长度为 1 毫米。皮带移动同时带动右 端的一只多圈线绕电位器转动，通过改变电位器的接入阻值而改变反馈回的电压值， 并送入控制接口插座的 INO 脚。该反馈电压值可用于计算当前的位移量。皮带在 16 大格的行程范围内，位置反馈电压值在 04.0V 范

31、围内线性变化。用 户可以通过该电压值来计算或控制指针的当前位置。步进电机轴上圆盘的角度刻度和面板上的定位箭头配合使用可以定量地表示电 机的角位移量。(4)限位和断位机构为了防止指针移出正常工作范围，造成皮带机构卡死或损坏，皮带的两端设有左 右限位和断位机构。当指针到达左右限位或断位光敏管位置时，光敏管将产生左右 限位或断位信号(低电平有效)。机构产生的断位信号为平台控制电路使用。断位信号有效时，平台控制电路将强 行切断电机的输出并点亮故障指示灯，启动故障蜂鸣器报警。这时，只能使用左移 或右移键将指针移回正常工作范围，电机才会再次启动。机构产生的左右限位信号分别送入控制接口的 PIO 和 PI2

32、 口，并将左右限位信号 的逻辑“与”结果送入控制接口 PI6。用户可以灵活使用这几个信号来控制电机的行 为。(5)测速部分直流电机的轴连接一个测速圆盘(栅格盘)，配合测速光敏管，根据电机的转速, 产生一定频率的脉冲信号。该脉冲信号被送入控制接口插座的 PI4 脚，可采集用于 计算电机的转速。(6)控制部分如图 429.2 所示右一组合卡 E -电路功率放大器左移1直流电机(+1212V)左移 逻辑组合卜电路电路机步进码可编程集咸控制芯片- 位-社理后的步进码二 步进电机D/A(Q-5V)62 号右移一 左断也急停一停移急左右左右中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-19 -

33、(7) 调节部分位于平台面板的右部，由零位调节(上)和满度调节(下)两个微调电位器组成。零位调节用于调节指针处于零刻度线时，INO 返回的位置反馈电压值，标准值应为 0V。满度调节用于调节指针处于满刻度(16)线时，INO 返回的位置反馈电压值，标 准值设应为+4.0V。为了保证实验的精度，在使用一段时间后，用户应及时校准零度值和满度值。(8) 控制板电源引出开关DVCC-DJ 机电平台使用自带电源。控制板电源引出开关的四位拨动开关拨到 “ON 的位置，则机电平台的电源电压+5V +12V 通过 25 芯接口的 12、22 和 13 脚引出， 向外部电路供电(平时不用)。由于实验仪使用单独电源

34、供电，当和 DJ4 机电平台连接时，应将控制板电源引出 开关的四位拨动开关拨到“ OFF 的位置。出厂时，控制板电源引出开关的四位拨动开关的位置为“OFF。4.3 硬件电路设计系统原理图及其说明4.3.1 系统结构框图图 431 步进电机位置测量与控制系统结构框图4.3.2 系统硬件系统原理图1.ADC0809 电路原理图(1)0809 的 CLK 插孔与晶振电路 T4 相连(2)将 A/D 区的参考电压 VREF 端连到+5V中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-20 -(3)EXIC1 上插上 74LS02 芯片，将有关线路连好(4)将 A/D 区的 D0-D7 用排线

35、与 BUS2 区的 XD0-XD7 相连图 4.321图 4.322通过自制晶振电路作为 ADC0809 勺信号源，运用通道 1 对电机反馈信号进行采样并将数据传输给 AT89C512.键盘 8279 电路原理图(1) 将数据区 D0-D7 用 8 芯排线连到 XD 区的 XD0-XD7 上中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-21 -(2) 将 WR RD ALE 分别连到 AT89C51 区的 XWR XRD ALE 上(3) 将 KEY 区的 RST 连至 U DVCC 实验仪键盘下边 RST 上(4) 将 KCS 连到外部数据缓存区 Y3 上(5) 将 DVCC 实

36、验系统上 J8 插座与键盘显示板用扁平电缆相连(6) KEY 区的 A0 连到 BUS1 区 XA0 上图 4.323运用 8279 芯片通过 74LS138 进行译码对 16 个按钮进行编制，通过 4 位数码管显 示数据方便优化操作。3 丄 CD 12864 电路原理图(1)LCD 液晶显示接口区/WR 插孔接 XWR(2)LCD 液晶显示接口区/RD 插孔接 XRD(3)LCD 液晶显示接口区/CE 插孔接 Y0(4)LCD 液晶显示接口区 C/D 插孔接 XA0(5)LCD 液晶显示接口区/RESET 插孔接/RST(6)LCD 液晶显示接口区 FS 接地(7)用 8 芯排线将 LCD

37、液晶显示接口区 D0-D7 连到 XD0-XD7中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-22 -图 4.324LCD 作为系统的显示部分，通过数据端 D0-D7 与 89C51 进行数据传输，将所需数据显 示出来。4.89C51 与电机系统原理图(1) 机电平台的选择开关打在步进电机位置。(2) 实验仪上 P10P13 接依此接机电平台 A、B、C、D 插孔。(3)P0 口作为数据口，进行系统各部分的数据传输，P3.0 作为报警信号输出端接L12, P3.1 作为复位信号输入端接 K1图 4.3.2.5中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-23 -利用自制

38、电机电路来模拟电机平台，并与 89C51 连接受其控制，并将反馈信号输送 给ADC0809 进行采样转换。5 数据扩展系统原理图中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-24 -0I4D27”D38D413D514:17D71901 12Q203Q3X45D6Q07Q7ELE191215如DOA1D1A2D2电D3D4D5D6A707阳A10A11IA12CECSWEE20282722图 4.328图 4.329图 4.3210中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-25 -6.设计系统完整电路原理图图 4.32114.3.3 系统硬件使用说明1、 在键盘输入

39、数值（0-160），之后电机会自动运行至对应位置，同时LCD 动态显示实时位置。2、 若输入数值大于 160，L12 会一直闪烁报警，直至开始并复位一次K1。HrgrTHPC METJii J* 汕IF 富*.dl崗Ufild川3VVJI疔中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-26 -第五章软件设计5.1流程图及其说明主程序流程图见第三章总体设计流程图，以下为各子程序流程图及简要文字说明5.1.1 AD 采样子程序流程图图 5.1.1 AD 采样子程序流程图ADC0809 采用通道 1 对电机反馈信号进行采样，采样子程序无需进行循环，由主 程序进行控制循环，即每次调用 AD

40、 采样程序，AD 进行一次采样，并将转换值提供给 主程序进行比较判定。中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-27 -5.1.2 键盘扫描与报警子程序流程图图 5.1.2 键盘扫描与报警子程序流程图程序开始进行键盘扫描，当有键按下时进行计算键值，并将其值在LCD 显示出来。当第三次按下键盘时，计算键值送于 LCD 即返回主程序。途中如果有键值超过 设定量程值即进入报警子程序，只有当复位键按下时返回到键扫子程序。中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-28 -5.1.3 步进电机控制流程图图 5.1.3 步进电机控制流程图通过键盘输入值与电机反馈值的比较作为电

41、机转动的控制信号，转动循环由主 程序进行控制。5.1.4 LCD 显示子程序流程图图 5.1.4 LCD 显示子程序流程图中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-29 -第六章系统调试及使用说明本次设计题目为步进电机的测量与控制，分析题目即可得到既要有测量部分，也 要有控制部分。测量，即能够将步进电机的角位移转换为直线位移，并能通过LCD 显示出来控制，即由电机的反馈信号通过编程指令控制其左转，右转以及停止。因而该系统的调试可分为以下几个部分进行分部调试：1.电机调试部分本次设计所用到的电机为 DVCC-DJ 牝机平台，脉冲分配表如下表 6.1 四相单四拍脉冲分配表ABCDN

42、1000N+10100N+20010N+30001所以由 AT89C51P1 端口输出信号为 01H 02H 04H 08H 进行电机左转 08H 04H 02H 01H进行电机右转。在对电机转动进行调试时，发现电机速度太快，会影响到整个系统的精度，通过改变延迟时间，来改变电机转动的速度，从而能够优化系统的精度。2.AD 转换调试部分在进行 AD0809 调试的时候，由于线路过于冗杂，常常出现运行结果不正确，而 又无法准确知道是哪根线路的问题，只能重新拆线再次进行调试，经过多次连线发 现，尽可能少的运用多条导线搭建成的长导线能很好的解决这个问题。AD 转换调试的最重要一个部分就是如何将电机平台

43、的反馈电压转换成LCD 所需的二进制代码，最终通过进制换算，和运用乘 4 除 5 的算法解决这个问题。3.LCD 调试部分在进行 LCD 调试时，总是会出现键盘第三个数据按完，电机开始运转，而所按 数据却并没有进行储存，LCD 得不到显示缓冲数据，通过改变 LCD 子程序与电机子程 序的顺序也不能完好的解决这个问题，于是在调用电机子程序之前，提前调用延迟 程序。但在本次设计中，LCD直不能显示动态数据，我认为是键盘子程序的数据与 LCD 子程序的数据中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-30 -产生干扰，曾尝试过将 LCD 所需要的重要数据进行压栈处理，在调 用键盘子程序时

44、出栈，却同样实现不了 LCD 的动态显示，并且会使整个程序出现错 误。使用说明：本系统按照系统硬件原理图连接好线之后，即可对程序进行链接编译运行。运行时，由键盘输入 3 位数据，待 3 位数据输入完成后，LCD 显示屏将会显示出当前 电机平台指针所在位置即坐标值，实现了电机系统的测量功能，以及刚输入的3 位数据作为目标值。电机会自动判别进行左转还是右转，直到达到目标值，电机停转， 实现了电机系统的控制功能。中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-31 -第七章总结与体会单片机是我们专业最核心的课程之一，所以这学期一直很努力在学习这门课， 并在吴老师的实验室按时完成每一次实验并

45、认真反思体会。所以此次课程设计之前 一直信心满满，希望能把学到的知识充分运用，因此我选了步进电机位置测量与控 制这个稍微复杂一些的题目。从拿到课题的那一刻，便开始着想着系统总体设计方案，希望先从整体上把握 设计流程。因为这次做的课程设计可以分为几个小部分，即AD0809 的采样，LCD 液晶显示以及电机的驱动，而这三个实验又正好是我们做过的实验的，于是我翻阅了 实验指导书，很快就回忆起了相关实验内容。但是，我发现硬件实验需要用到 DVCC-DJ4 电机平台，虽然平时没有用到，但是吴老师把资料都发给了我，在自学这个过程中，我发现了自己很多的不足，单片机学得还是很不牢固，以至于一些指令 都要去翻阅

46、课本才能明白其作用，这也颇有一种查漏补缺的意味，因为花了时间， 所以解决了很多之前一直遗留下来的疑问。在最后进行设计验收时，我发现 AD 转换时，对步进电机控制输入值和它实际位 置有误差，一时也没想到很好的解决方式。吴老师告诉我，在硬件调试之前，首先 就要运用学过的检测技术、误差原理等课程知识，对电机平台进行误差矫正，可是 由于时间紧凑，我未完成此过程，这也是本次试验最大的失误。这是通过本次教训， 更让我明白了做事前一定要事先规划好，把每种可能的情况都考虑到，尽量将失误 降到最低。最后，还要感谢吴老师对我们的严格要求，才让我对自己更加严格，课程设计 过程中才能认真完成，学习了很多知识。中南大学

47、微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-32 -参考文献1高玉芹单片机原理与应用及C51 编程技术.武汉：机械工业出版社，2凌玉华单片机原理及应用系统设计长沙：中南大学出版社，2006.53刘乐善微机原理接口技术及应用武汉：华中科技出版社，2004.72011.8中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-33 -附录一：步进电动机位置测量与控制设计使用说明一、硬件电路连接：1.ADC0809 电路(1) 0809 的 CLK 插孔与晶振电路 T4 相连(2) 将 A/D 区的参考电压 VREF 端连到+5V(3) EXIC1 上插上 74LS02 芯片，将有关线路连好

48、(4) 将 A/D 区的 D0-D7 用排线与 BUS2 区的 XD0-XD7 相连2.键盘 8279 电路(1) 将数据区 D0-D7 用 8 芯排线连到 XD 区的 XD0-XD7 上(2) 将 WR RD ALE 分别连到 AT89C51 区的 XWR XRD ALE 上(3) 将 KEY 区的 RST 连至 U DVCC 实验仪键盘下边 RST 上(4) 将 KCS 连到外部数据缓存区 Y3 上(5) 将 DVCC 实验系统上 J8 插座与键盘显示板用扁平电缆相连(6) KEY 区的 A0 连到 BUS1 区 XA0 上3LCD 12864 电路(1) LCD 液晶显示接口区/WR 插

49、孔接 XWR(2) LCD 液晶显示接口区/RD 插孔接 XRD(3) LCD 液晶显示接口区/CE 插孔接 Y0(4) LCD 液晶显示接口区 C/D 插孔接 XA0(5) LCD 液晶显示接口区/RESET 插孔接/RST(6) LCD 液晶显示接口区 FS 接地(7) 用 8 芯排线将 LCD 液晶显示接口区 D0-D7 连到 XD0-XD74.89C51 与电机系统P0 口作为数据口，进行系统各部分的数据传输，P3.0 作为报警信号输出端接P3.1 作为复位信号输入端接 K1。L12,中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-34 -5、步进电机控制(1)机电平台的选择

50、开关打在步进电机位置。中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-35 -（2） 实验仪上 P10P13 接依此接机电平台 A、B、C、D 插孔。（3） 实验仪上地 GND 连机电平台地 GND二、使用说明1、在键盘输入数值（0-160）,之后电机会自动运行至对应位置，同时 示实时位置。2、 若输入数值大于 160, L12 会一直闪烁报警，直至开始并复位一次LED 动态显中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-36 -源程序及其说明ORG 09F0HSTART:LCALL INITST:LCALL KEY_INPUTLCALL CHANGE_DATACJNE

51、A,#00H,ST;ST1:LCALL AD_AND_MULLCALL CHANGENLCALL DISPLCALL MOV_XYCJNEA,#0FFH,ST2LJMP ST1ST2:JB P3.1,ST2LJMP ST;初始化键盘输入;改变键值如果改变键值出错，继续输入;AD采样并转换 转换成显示码 显示.*J;各种芯片的初始化子程序INIT: MOV 31H,#42H;设置数据缓冲区MOV 30H,#80H;设置子位缓冲区CLR P3.0MOV DPTR,#0B001HMOV A,#00HMOVX DPTR,A ;左入工作方式MOV A,#32HMOVX DPTR,A ;写分频系数MOV

52、A,#0DFHMOVX DPTR,A ;清显示缓冲区HA7S1:MOVX A,DPTRJB ACC.7,HA7S1RET ;键盘输入子程序KEY_INPUT:MOV 31H,#42HMOV 30H,#80HMOV A,#0FFHMOV DPTR,#0B000HMOVX DPTR,A ;把小数点送至 0B000H 中MOV A,#82HINC DPTRMOVX DPTR,A ;把字位码送至 0B001H 中附录二:;移动指针子程序; 如果结束了，跳至输入位置;如果没有结束，则跳回采样位置，继续采样;等待用户输入;用户输入后返回继续输数;设置数据缓冲区;设置子位缓冲区中南大学微控制器综合应用平台步

53、进电动机位置测量与控制设计-37 -MOV A,#0F7HMOV DPTR,#0B000HMOVX DPTR,A ;把小数点送至 0B000H 中MOV A,#82HINC DPTRMOVX DPTR,A ;把字位码送至 0B001H 中；段代码的功能是往第三个八段数码管里面输入一个小数点MOV A,#0AHMOV 44H,A;把小数点的码表送至 44H 中HA7S3:MOV DPTR,#0B001HMOVX A,DPTRANL A,#07HCJNE A,#00H,HA7S4AJMP HA7S3 ;检测数据HA7S4:MOV DPTR,#0B000HMOVX A,DPTR ;读数据MOV B,

54、AMOV R1,#00HMOV DPTR,#KEYTABHA7S5:MOV A,#00HMOVC A,A+DPTRCJNE A,B,HA7S6AJMP HA7SA ;找到了相应的数字键，跳至数字键保存程序HA7S6:INC DPTRINC R1MOV A,R1CJNE A,#0BH,HA7S5AJMP HA7S7HA7S7:AJMP HA7S3HA7SA:MOV A,31HCJNE A,#44H,SAVEINC 31HINC 30HSAVE:MOV A,30HMOV DPTR,#0B001HMOVX DPTR,A中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-38 -MOV R0,A

55、MOV A,R1MOV R0,AMOV B,R3MOV R4,BMOV B,R2MOV R3,BMOV B,R1MOV R2,BMOV R1,AINC 31HMOV DPTR,#CDATA MOVC A,A+DPTRMOV DPTR,#0B000HMOVX DPTR,A INC 30HMOV A,31HCJNE A,#46H,HA7SBLJMP KEY_RET HA7SB:AJMP HA7S3 KEY_RET:MOV 42H,R4MOV 43H,R3MOV 45H,R2RET;用户输入数据变换子程序CHANGE_DATA:CLR CMOV A,42HMOV B,#100MUL ABMOV R0,AMOV A,BJNZ ALAMMOV A,43HMOV B,#10MUL ABADD A,R0MOV R0,AMOV A,45HADD A,R0中南大学微控制器综合应用平台步进电动机位置测量与控制设计-39 -CJNE A,#161,ALAM_1 ALAM_1:JNC ALAMMOV 40H,AMOV A,#00HSJMP CRETALAM:LCALL ALAM_PROCCRET:RET;报警子程序ALAM_PROC:SETB