单片机课程设计-步进电机的控制

1、PAGE 5单片机课程设计第 页步进电机的控制单片机课程设计 学校：安庆师范学院院系：物理与电气工程学院专业班级：自动化姓名：学号：080311152、指导教师：杨伟日期：2013/12/15摘要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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电

2、机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。在本设计方案中采用AT89C51型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。 关键词：步进电机， 单片机， 调速系统 ，数码管，发光二极管。目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc9469 摘要 HYPERLINK l _Toc15920 一、引 言 PAGEREF _Toc15920 1 HYPERLINK l _Toc6481 1.1

3、 设计背景 PAGEREF _Toc6481 1 HYPERLINK l _Toc19635 1.2 设计要求 PAGEREF _Toc19635 4 HYPERLINK l _Toc31089 二、方案论证 PAGEREF _Toc31089 6 HYPERLINK l _Toc7926 2.1 方案的选择 PAGEREF _Toc7926 6 HYPERLINK l _Toc27095 2.2 方案的论证仿真与分析 PAGEREF _Toc27095 8 HYPERLINK l _Toc23253 三、硬件电路设计 PAGEREF _Toc23253 9 HYPERLINK l _Toc1

4、8221 3.1单片机模块原理图 PAGEREF _Toc18221 9 HYPERLINK l _Toc26527 3.3电机模块原理图 PAGEREF _Toc26527 10 HYPERLINK l _Toc11148 3.4 按键模块原理图 PAGEREF _Toc11148 10 HYPERLINK l _Toc12013 四、软件设计 PAGEREF _Toc12013 11 HYPERLINK l _Toc14980 4.1 流程图设计 PAGEREF _Toc14980 11 HYPERLINK l _Toc3325 4.2 汇编源程序 PAGEREF _Toc3325 12

5、HYPERLINK l _Toc21124 五、总结 PAGEREF _Toc21124 19 HYPERLINK l _Toc13577 六、参考文献 PAGEREF _Toc13577 19单片机课程设计一、引言1.1 设计背景1.1.1、步进电机工作原理一、步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机， 它的运行需要专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号控制。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度，这个角度称为步距角。脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电动机旋转的速度，改变绕组的通电顺序可以改变电机旋转的方向。在数字控制系统中，它既可以用作驱动电

6、动机，也可以用作伺服电动机。它在工业过程控制中得到广泛的应用，尤其在智能仪表和需要精确定位的场合应用更为广泛。 二、步进电动机有三线式、五线式、六线式三种，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。若每旋转一圈以200个励磁信号来计算，则每个励磁信号前进1.8 度，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲顺序来控制。 三、步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁,其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1-2相励磁。图为步进电动机的控制等效电路，适应控制A、B、/A、/B 的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。因此，依序不断送出脉冲信

7、号，即可步进电动机连续转动。四、28byj48是最普通的减速步进电机，最大转速大概是14圈/分钟。该电机要是节拍太快的话，就不动了，而且还有一点异响。这个型号的电机最适合用于学习，真正现实中用处不太大，无论是转速、扭曲都不太理想，唯一有点就是价格便宜。ULN2003是达林顿阵列，能用这个驱动的步进电机很少，而且受到电流限制，性能不理想。该减速比为64的，都适合精密旋转，但要速度不可观。要想提高转速可以考虑以L298N驱动，然后用28或者35步进电机（不带减速），稍微大一些，这样达到30或60转/分钟比较容易，红线接电源5V，橙色电线接P1.3口，黄色电线接P1.2口，粉色电线接P1.1口，蓝色

8、接P1.0口。28BYJ48型步进电机是四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机按一定顺序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。每一个脉冲信号使得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。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），四相八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）步进电机时序表步序控制位控制模型工作状态DCBA1001103HAB2001002HB30

9、11006HBC410004HC511000CHCD6100008HD7100109HDA8000101HA1.1.2、驱动ULN2003A工作原理 输入回路的电阻有差别,ULN2003是2.7k，ULN2004是10.5k。灵敏度也有差别,简单讲2003适于5v的TTL,2004适宜6-15v的CMOS。驱动灌入电流：500mA,在大型仪器仪表系统中,经常要用到伺服电机、步进电机、各种电磁阀、泵等驱动电压高且功率较大的器件。ULN2000、ULN2800高压大电流达林管阵列系列产品就属于这类可控大功率器件,由于这类器件功能强、应用范围语广。因此,许多公司都生产高压大电流达林顿晶体管阵列产品,

10、从而形成了各种系列产品,ULN2000、ULN2800系列就是美国Texas Instruments公司、美国Sprague公司开发的高压大电流达林顿晶体管阵列产品。在上述系列产品中,ULN2000系列能够同时驱动7组高压大电流负载,ULN2800系列则能够同时驱动8组高压大电流负载。美国Texas Instruments公司、美国Sprague公司生产的ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成,具有同时驱动7组负载的能力,为单片双极型大功率高速集成电路。上图中1B-7B为信号输入端，1C-7C为输出端，8脚为地，9脚为正电源，负载经正电源到输出端，当相应输

11、入端有信号电压时对应输出端就导通1.2 设计要求 本设计为步进电机单片机控制系统，其功能如下:(1)对步进电机的正反转、加减速控制；(2)控制按钮分别为正转、反转、加速、减速、停止键；(3)能够通过八位LED数码管显示当前的转动速度档位(4)能够通过LED显示灯的亮灭频率反应当前的转动速度(5)能够通过蜂鸣器来判断当前的转动速度是否达到最大档位设计要求：(1)独立设计原理图及硬件电路(2)独立编写和调试相应的程序(3)掌握单片机和步进电机的原理及电路的设计(4)熟悉Protel、proteus和Keil等软件的使用方法(5)熟悉模块化设计的思想。二、方案论证2.1 方案的选择方案一：电路图主要

12、元器件：AT89S52、ULN2003、四相五线制步进电动机，LED灯。方案一的优点：。1、电路相对简单，线路连接和编程比较容易。2、除了实现步进电机的正转、反转、加速、减速、停止功能外，利用LED灯反应电机转速快慢方案一的缺点：此方案没有了利用其他模块的功能，只有一个正转灯和一个反转灯来显示转速的快慢，如果转速过快，灯闪烁的速度过快，便失去了它们存在的意义。方案二：用到的元器件主要有：AT89S52芯片、ULN2003驱动芯片、四相五线制步进电动机、LED灯，数字数码管 、蜂鸣器。方案二的优点：1、元件比较齐全，能够实现对电机的正转、反转、加速、减速、停止的控制。2、此方案通过数码管可以显示

13、出电机的转速档位。3、此方案通过蜂鸣器可以显示出电机的最高、低转速档位。方案二的缺点：1、电路比较复杂，编程也不简洁。2、单片机I/O口占用较多，电机的转速大小无法用数码管动态显示2.2 方案的论证仿真与分析以上各单元电路分别设计论证，对电路进行总和，分为系统主体和驱动电路两大块。系统整体硬件连接图如上图所示。在绘制电路时，利用了Proteus进行仿真。并且方案二采用LED显示，数码管显示也在、硬件连接方面虽然显得较为复杂，但是设计的要求还是能达到，还扩展了其他功能，在不同的应用场合下配合使用的芯片业不同，根据本设计的要求，最终选择了方案二。三、硬件电路设计3.1单片机模块原理图3.2数码管模

14、块原理图3.3电机模块原理图3.4 按键模块原理图四、软件设计4.1 流程图设计开始初始化 S0是否按下？ Y NS1是否按下？ Y 反转 正转当前运转方向的速度档位循环 加速减速 S4是否按下？ Y NS5是否按下？ N S6是否按下？ Y电机停止4.2 汇编源程序ORG 0000HLJMP STARTORG 0100HSTART:MOV P1,#0FFH MOV DPTR,#TAB CALL KEYHN;采用矩阵式键盘的扫描 JNZ HAVE JMP START HAVE:MOV R6,#100 CALL DELAY CALL KEYHN JNZ TRUE JMP START TRUE:M

15、OV P3,#0EFH MOV A,P3 JB ACC.0,L1 ;S0按下跳正转 JMP ZZ L1:JB ACC.1,L2 ;S1按下跳反转 JMP FZ L2:JB ACC.2,START;S2按下跳停止 JMP TZ ZZ:CALL JC1 ;去抖动 MOV P1,#0FEH;电机正转（3档）循环，LED1灯亮 SS0:CPL P1.0 ;LED1灯闪烁 MOV P0,#0B0H ;数码管显示3 MOV R1,#64 ZZ1:MOV R0,#0 ZZ2:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR JZ ZZ1 CALL LOOP JB ACC.0,LL1 ;S4按下跳转到正转4档 J

16、MP ZJIASU1 LL1:JB ACC.1,LL2 ;S5按下跳转到正转2档 JMP ZJIANSU1 LL2:JB ACC.2,LL3 ;S6按下跳转到停止 JMP TZ LL3:MOV R6,#150 CALL DELAY DJNZ R1,ZZ2 LJMP SS0 ZJIASU1:CALL JC1 ;去抖动 MOV P1,#0EEH ;正转4档循环，LED1、4灯亮 SS1:CPL P1.4 ;LED4灯闪烁 MOV P0,#99H ;数码管显示4 MOV R1,#64 JI1:MOV R0,#0 JI2:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR JZ JI1 CALL LOOP

17、JB ACC.0,LLL0;S4按下跳转到正转5档 JMP ZJIASU2 LLL0:JB ACC.1,LLL1 ;S5按下跳转到正转3档 JMP ZZ LLL1:JB ACC.2,LLL2 ;S6按下跳转到停止 JMP TZ LLL2:MOV R6,#100 CALL DELAY DJNZ R1,JI2 LJMP SS1 ZJIASU2:CALL JC1;去抖动 MOV P1,#0EEH;正转5档循环，LED1、4灯亮 SS2:CPL P1.4 ;LED4灯闪烁 SETB P1.7 MOV P0,#92H;数码管显示5 MOV R1,#64 JI3:MOV R0,#0 JI4:MOV A,R

18、0 MOVC A,A+DPTR JZ JI3 CALL LOOP JB ACC.0,FMQ1 ;S4按下已达到最快档，蜂鸣器提示 CLR P1.7 JMP LLL4 FMQ1:JB ACC.1,LLL3;S5按下跳到正转4档 JMP ZJIASU1 LLL3:JB ACC.2,LLL4;S6按下跳到停止 JMP TZ LLL4:MOV R6,#50 CALL DELAY DJNZ R1,JI4 LJMP SS2 ZJIANSU1:CALL JC1 ;去抖动 MOV P1,#0DEH ;正转2档循环，LED1、5灯亮 SS3:CPL P1.5 ;LED5灯闪烁 MOV P0,#0A4H ;数码管

19、显示2 MOV R1,#64 JI5:MOV R0,#0 JI6:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR JZ JI5 CALL LOOP JB ACC.0,LLL5;S4按下跳到正转3档 JMP ZZ LLL5:JB ACC.1,LLL6;S5按下跳到正转1档 JMP ZJIANSU2 LLL6:JB ACC.2,LLL7;S6按下跳到停止 JMP TZ LLL7:MOV R6,#200 CALL DELAY DJNZ R1,JI6 LJMP SS3ZJIANSU2:CALL JC1;去抖动 MOV P1,#0DEH;正转1档循环显示，LED1、5灯亮 SS4:CPL P1.5;LED

20、5灯闪烁 SETB P1.7 MOV P0,#0F9H;数码管显示1 MOV R1,#64 JI7:MOV R0,#0 JI8:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR JZ JI7 CALL LOOP JB ACC.0,FMQ2 ;S4按下跳到正转2档 JMP ZJIANSU1FMQ2:JB ACC.1,LLL8;S5按下已达到最低档，蜂鸣器提示 CLR P1.7 JMP LLL9 LLL8:JB ACC.2,LLL9;S6按下跳到停止 JMP TZ LLL9:MOV R6,#250 CALL DELAY DJNZ R1,JI8 LJMP SS4 FZ:CALL JC1;去抖动 MOV

21、P1,#0FDH;电机反转(3档）循环，LED2灯亮SS5:CPL P1.1 ;LED2灯闪烁 MOV P0,#0B0H ;数码管显示3 MOV R1,#64 FZ1:MOV R0,#09 FZ2:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR JZ FZ1 CALL LOOP JB ACC.0,LL4 ;S4按下跳转到反转4档 JMP FJIASU1 LL4:JB ACC.1,LL5 ;S5按下跳转到反转2档 JMP FJIANSU1 LL5:JB ACC.2,LL6 ;S6按下跳转到停止 JMP TZ LL6:MOV R6,#150 CALL DELAY DJNZ R1,FZ2 LJMP S

22、S5 FJIASU1:CALL JC1 ;去抖动 MOV P1,#0EDH ;反转4档循环，LED2、4灯亮 SS6:CPL P1.4 ;LED4灯闪烁 MOV P0,#99H ;数码管显示4 MOV R1,#64 JIN1:MOV R0,#09 JIN2:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR JZ JIN1 CALL LOOP JB ACC.0,FFF0 ;S4按下跳转到反转5档 JMP FJIASU2 FFF0:JB ACC.1,FFF1 ;S5按下跳转到反转3档 JMP FZ FFF1:JB ACC.2,FFF2 ;S6按下跳转到停止 JMP TZ FFF2:MOV R6,#10

23、0 CALL DELAY DJNZ R1,JIN2 LJMP SS6 FJIASU2:CALL JC1 ;去抖动 MOV P1,#0EDH ;反转5档循环 ，LED2、4灯亮 SS7:CPL P1.4 ;LED4灯闪烁 SETB P1.7 MOV P0,#92H MOV R1,#64 JIN3:MOV R0,#09 JIN4:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR JZ JIN3 CALL LOOP JB ACC.0,FMQ3;S4按下已达到最快档，蜂鸣器提示 CLR P1.7 JMP FFF4FMQ3:JB ACC.1,FFF3 ;S5按下跳转到反转4档 JMP FJIASU1FFF3

24、:JB ACC.2,FFF4 ;S6按下跳转到停止 JMP TZFFF4:MOV R6,#50 CALL DELAY DJNZ R1,JIN4 LJMP SS7 FJIANSU1:CALL JC1 ;去抖动 MOV P1,#0DDH ;反转2档循环，LED2、5灯亮SS8:CPL P1.5 ;LED5灯闪烁 MOV P0,#0A4H ;数码管显示2 MOV R1,#64 JIN5:MOV R0,#09 JIN6:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR JZ JIN5 CALL LOOP JB ACC.0,FFF5;S4按下跳转到反转3档 JMP FZ FFF5:JB ACC.1,FFF6

25、;S5按下跳转到反转1档 JMP FJIANSU2 FFF6:JB ACC.2,FFF7 ;S6按下跳转到停止 JMP TZ FFF7:MOV R6,#200 CALL DELAY DJNZ R1,JIN6 LJMP SS8 FJIANSU2:CALL JC1;去抖动 MOV P1,#0DDH;反转1档循环，LED2、5灯亮 SS9:CPL P1.5;LED5灯闪烁 SETB P1.7 MOV P0,#0F9H;数码管显示1 MOV R1,#64 JIN7:MOV R0,#09 JIN8:MOV A,R0 MOVC A,A+DPTR JZ JIN7 CALL LOOP JB ACC.0,FMQ4 ;S4按下跳转到反转2档 JMP FJIANSU1 FMQ4:JB ACC.1,FFF8;S5按下达到最低档，蜂鸣器提示 CLR P1.7 JMP FFF9 FFF8:JB ACC.2,FFF9 ;S4按下跳转到停止 JMP TZ FFF9:MOV R6,#250 CALL DELAY DJNZ R1,JIN8 LJMP SS9 ; TZ:MOV P1,#0BFH ;LED6灯闪烁 MOV P0,#0C0H ;数码管显示0 MOV P2,#00H ;电动机