步进电机顺序控制

目录☆摘要……………2☆Abstract………………………3☆课题任务………………………3☆第一章总体方案设计………4☆第二章51系列单片机介绍2.1.51系列单片机的引脚功能…………52.2I/O端口线输入输出引脚…………52.3控制线控制引脚…………………62.4外接晶体端…………62.551系列单片机的时序………………6☆第3章．系统部件设计3.1AT89C51单片机最小系统……………73.2PC机与单片机串行通信接口设计…………………73.3步进电机及其驱动电路设计…………83.3.1步进电机概述……………………81步进电机特点………82步进电机分类………93步进电机原理……………………103.3.2L298N工作原理及驱动原理……103.48段数码管接口设计……………113.4.1数码管简介……………………113.4.2数码管连接方式………………123.5光电传感器……………13……………14…………………20☆第4章.程序☆参考文献☆致谢……………………211摘要本设计首先介绍了ATC89C52单片机，L298N驱动电路及步进电机的基本原理与功能；其次,设计步进电机实现顺序起停的控制方案；再次，在这些器件功能与特点的基础上，拟出设计思路，构建系统的总体框架；最后利用PROTEL软件绘出电路图，同时写出设计系统的运行流程和相关程序。整个系统通过写入单片机中的程序分配好控制字的存储单元以及相应的内存地址赋值；启动系统后，从单片机的I/O口输出控制脉冲，经过L298N驱动电路对脉冲进行处理，输出能直接控制步进电机的脉冲信号。在此基础上，重新分配I/O资源，同时增加驱动芯片L298N的个数，在允许范围内，就能实现两台台步进电机顺序起停向的控制。关键词：单片机、步进电机、L298N2AbstractThepaperfirstlyintroducesbasicprinciplesandfunctionsofATC89C52MCU,L298Ndrivecircuitsandsteppingmotor,secondlydesignsthecontrolplanofsteppingmotortorealizestartingandstopping,thirdlyproducesthethoughtofdesignandbuildstheframeofsystembasedontheprinciplesandfunctionsofthesecomponents,lastlydesignscircuitdiagraminPROTELandliststheoperatingprocessofdesignsystemandrelatedprograms.ThewholesystemdistributessavedunitsandcomposesvaluesaccordtocorrespondingmemoryaddressesthroughtheprogramswritteninMCU.Afterstartingthesystem,I/OinterfaceofMCUoutputscontrolpulses,whicharehandledbyL298Ndrivecircuits,thenoutputspulsesignalswhichcandirectlycontrolsteppingmotors.Inthisfoundation,theMCUredistributestheI/OresourcesandaddsupthenumberofdrivechipsofL298N,inthemeantimethedesigncanrealizemanysteppingmotors’independentstartingandstoppingintheload'scapability.Keywords：ATC89C52MCU、steppingmotor、L298N课题任务：两台步进电机顺控制））用）3第一章总体方案设计根据设计题目要求，设计出的系统框图如图1所示整个系统通过写入单片机中的程序分配好控制字的存储单元以及相应的内存地址赋值；启动系统后，从单片机的I/O口输出控制脉冲，经过驱动电路对脉冲进行处理，输出能直接控制步进电机的脉冲信号。在此基础上，重新分配I/O资源，同时增加驱动芯片L298N的个数，在允许范围内，就能实现两台台步进电机顺序起停的控制。用LED电机2的停止。总体结构图见附录图14第二章51系列单片机介绍2.151系列单片机的引脚功能图2微型单片机的引脚2.2I/O端口线输入输出引脚P0.0—P0.7(39—32)P0口是一个漏极开路型准双向I／O口。在访问外部(低8位)部的上拉电阻。在EPROM编程时，它接收指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1.0—P1.7(1-8)：P1口是带内部上拉电阻的8位双向I／O口。在EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。P2.0—P2.7(21-28)：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口。在8EFROM收高8位地址。P3.0—P3.7(10-17)：P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口。在MCS—5l8个引脚还兼有专用功能，P3的8见表1-1-1。图352.3控制线控制引脚（ALE／PROG、、、RST／VPD）ALE用于控制P0口输出的低8ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。（29脚）外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，有效（低电ROM单元的读操作。ROM的读ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。RST／Vpp(9脚)复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。2.4外接晶体端XTAL1（１９脚）和XTAL2（１８脚）外接晶体引线端。当使用芯片内部时部时钟脉冲信号。主电源引脚高VＣＣ和低VＳＳ；VCC（４０脚）+5V电源；VSS（２０脚）以上是MCS-51单片机芯片40实训电路找到相应引脚，在电路中查看每个引脚的连接使用。2.551系列单片机的时序805l的基本时序周期一条指令译码产生的一系列微操作信号在时间上有严格的先后次序，这种次序就是计算机的时序。其基本时序周期有如下四种。●振荡周期：指振荡源的周期，若为内部产生方式，则为石英晶体的振荡周期。T振荡周期＝１/fosc;●时钟周期：(称S周期)为振荡周期的两倍，时钟周期＝２倍的振荡周期T时钟周期=2*T振荡周期;●机器周期：一个机器周期含6个时钟周期(S周期)T机器周期＝6*T时钟周期＝12*T振荡周期＝１2/fosc;STC12CXX系列单片机有1/机器周期。6●指令周期：完成一条指令占用的全部时间。805l的指令周期含1—4个机器周期，其中多数为单周期指令，还有2周期和4周期指令。第三章系统硬件设计3.1AT89C52单片机最小系统89C52内部有8K闪存存储器，芯片本身就是一个最小系统。用这种芯片构成的最小系统，简单、可靠。用其构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电3程序。图3AT89C52最小系统3.2PC机与单片机的串行通信接口设计目前串行通信总线的标准接口主要有:(1)RS-232C,RS232E;(2)RS-449(RS-422,RS-423和RS-485);(3)20mA电流环;(4)USB通用接口。其中RS-232C(RSRecommendedStandard)串行通信总线使用最为广泛。RS-232C是由美国电子工业协会(EIA)正式公布的、在异步串行通信中应用7方便,易于实现且成本较低等特点,但由于抗干扰能力差,适合于短距离或带调制解调器的通信场合。对于本系统,只要求近距离(F10m)点对点通信,而且周围环境的电气影响较低,所以本系统采用成本较低RS232CRS232C标准,逻辑0电平规定为+5～+15V之间,逻辑1电平为-5～-15V之间。因此,要实现PC机与单片机的串行通信,不能将其线路直接相连,RS-232C驱动器与单片机的TTL电平连接必须经过电平转换。MAX232芯片是MAXIMIC芯片,适用于各种EIA-232C和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片内部有一个电源电压变换器,可以把输入的+5V电源电压变换成RS-232C输出电平所需的±10V,在没有±12V电源的场合尤为合适,而且价格适中,硬件接口简单,所以本系统采用MAX232CSE作为收发器芯片。电路原理如图4所示:图4MAX232电路原理图3.3步进电机及其驱动电路设计3.3.1步进电机概述1、步进电机的特点步进电机又称脉冲电机或阶跃电机，国外一般称st印motor或st印pingmotor、pulsemotor、st印permotor等。目前，随着电子技术、控制技术以及电动机本体的发展和变化，传统电机分类间的界面越来越模糊。就传统的步进电机来说，步进电机可以简单地定义为：8的同步电动机。步进电机具有其自身的特色，归纳起来有：1．可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价；2．直接接收数字信号，不必进行数模转换，使用方便。3．位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构较为简单而又具有一定精度的开环控制系统，也可以要求更高精度时组成闭环控制系统；4．无刷，电动机本体部件少，可靠性高；5．易于起动、停止、正反转及变速，响应性也好；6．停止时，可有自锁功能；7．步距角选择范围大，可在几十角分至180度大范围内选择。在小步距情况下，通常可以在越低速下以高转矩运行，因而可以不经减速器直接驱动负载工作；8．速度可以相当宽范围内平滑调节。同时用一台控制器控制几台步进电机可使它们完全同步运行；9．不能直接使用普通的交流电源驱动。2、步进电机的分类和组合式三大类型。按结构特点电磁式步进电机可分为反应式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)最为广泛的为反应式和混合式步进电机。(1)反应式步进电机(ⅥlriableReluctance，简称vR)反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。它的结构简单，成本低，步距角可以做得很小，但动态性能较差。反应式步进电机有单段式和多段式两种类型；(2)永磁式步进电机(Pe肌aneIltMa印et，简称PM)永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成的，转子本身就是一个磁源。转子的极数和定子的极数相同，(相比反应式)，但启动运行频率较低，还需要正负脉冲供电；(3)混合式步进电机(Hybrid，简称HB)混合式步进电机综合了反应式和永9耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪声低、低频行以及控制系统比较简单。本系统采用的是17H150H-04A两相步进电机。3、步进电机的步进原理位移或线位移量与电脉冲个数成正比，它的转速或线速度与电脉冲频率成正比。在负载能力范围内这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化。启动、制动和反转。3.3.2L298N的原理L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可以直接通过电源来调节输出电压；并可以直接用单片机的I/O口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。本系统用两片L298N分别驱动两个步进电机的启停，各引脚连接图如图510图5驱动电机电路连接图3.48段数码管接口原理设计3.4.1、数码管简介数码管是电路中常见的显示元件，按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按照显示8”1位、2位、46所示的为一个8段4位数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。11共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极接到+5V或+3.3V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图68段四位数码管3.4.2．数码管连接方式任何一个7段码管都有128种显示模式，而其中的数字0-9是最为有用也是最常见的。通过控制共阳极（共阴极）数码管的阴极（阳极），可以显示数字0-9，图7给出共阳极和共阴极数码管各自的连接关系。对于多位数码管而言，极数码管的阴极接到一起，用多个独立的位选和7个（或8个）公共段选控制所有的数码管。图7共阴极、共阳极数码管连接关系12由于所有数码管共用段选，为了独立显示每位数码管，具体来说就是每次只的位选都无效。依次类推，循环往复。如果总共有4位数码管，则用于显示的控制时序如图8所示。只能用段选来区分不同的数码管。图8控制时序图本系统采用的是共阳极四位数码管LED显示启动延时时间，数码管与单片机连接图如图9所示图9数码管与单片机连接图3.5光电传感器光是一种电磁射线，其特性如同无线电波和X射线，传递速度约为300000千米/秒，因此它可以在发射的一瞬间被其接收。红外线开关光电开关是利用人13眼不可见（波长为780nm-1mm）的近红外线和红外线的来检测、判别物体。通过光电装置瞬间发射的微弱光束能被安全可靠的准确的发送。光是一种电磁射线，其特性如同无线电波和X射线，传递速度约为300000千米/秒，因此它可以在发射的一瞬间被其接收。红外线开关光电开关是利用人眼不可见（波长为780nm-1mm）的近红外线和红外线的来检测、判别物体。通）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。本系统采用的是OMCH品牌的E3F-DS30C4型号的光电开关去控制电动机M1的停止。其信号端即黑线接P2.7口，棕线接+5V电源，蓝线接地。第四章系统程序设计本系统是利用keilC51编写的步进电机顺序控制程序，如下所示：#include<reg52.h>#defineDataPortP0//定义P0口为LED数据输入端unsignedcharcodewei_ma[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80};//数字0到9的位码sbitcs0=P1^0;//片选0定义在p1.0sbitcs1=P1^1;//片选1定义在p1.1sbitm1_in1=P1^4;//定义电机M1的IN1口sbitm1_in3=P1^5;//定义电机M1的IN3口sbitm2_in1=P2^4;//定义电机M2的IN1口14sbitm2_in3=P2^5;//定义电机M2的IN3口sbitlight=P2^7;//定义光电传感器的输入端口unsignedintt0=0;//T0时间标志unsignedintt2=0;//T2时间标志//函数声明voidDelay(unsignedintt);voidLed();voidTimer0Init();voidTimer2Init();intmain(){Timer2Init();//M1启动m1_in1=1;m1_in3=0;while(1){//led显示开机延时时间Led();//电机控制if(1==light){//停止M1m1_in1=0;15m1_in3=0;//启动T0计时器，20秒后停止M2Timer0Init();}}}voidLed(){cs0=0;cs1=0;P0=wei_ma[0];Delay(250);//加上延时函数利用人眼的视觉暂留效应，循环输出这几个数字,看起来像是同时显示。可通过改变延时时间来调节显示效果cs0=0;cs1=1;P0=wei_ma[3];Delay(250);//在12MHZ下，次延时函数Delay(250)约等于2mscs0=1;cs1=0;P0=wei_ma[0];Delay(250);cs0=1;cs1=1;P0=wei_ma[2];16Delay(250);}voidTimer0Init(){TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;}voidTimer2Init(){TH2=(65535-60000)/256;//定时60msTL2=(65535-60000)%256;RCAP2H=(65535-10000)/256;RCAP2L=(65535-10000)%256;T2MOD|=0x01;T2EX=1;EA=1;//interuptenable//enabletimer2interrupt10TF2