MCS单片机课程设计单片机步进电机控制系统 .docx

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1、精品名师归纳总结本文由灰太狼科技贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计数理与信息工程学院单片机原理及应用期末学期课程设计单片机原理及应用期末学期课程设计题 目： 基于单片机的步进电机把握系统专业：电子信息工程班级：电信 041班姓名：学 号：指导老师： 指导老师：成 绩：2007.11数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计目第 1 章 1.1录 .3引言.3步进电机把握系统概述.31.2本设计任务和主要内容4 第 2 章 2.12 2系统主要硬件电路设计.系统主要硬件电路设计.5硬件

2、电路设计单片机把握系统原 理 .5单 片 机 主 机 系 统 电路52.2.1时钟电路6 2.2.2复位电路 62.3步 进 电 机 驱 动 电路7 2.4第 3 章 3.1 3.2 LED显示电路 .8系 统 的 软 件 设计 10系 统 的 软 件 设计 10 步 进 电 机 的 位 置 把握 10 显 示 子 程序 13结束可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结语 17 第 四 章 结 束语 17 参 考 文献 18 第 5 章 参 考 文献 18 2数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计基于单片机的步进电机把握系统第 1 章 引 言在当今社会的各个领域步进电机无处

3、不在，应用领域涉及机器人、工业电子自动化设备、医疗器件、广告器材、舞台灯光设备、印刷设备、运算机外部应用设备等等。因此， 设计出高精确度、实时监控、语音提示的步进电机具有重要的现实意义和有用价值。本设计是基于 80C51单片机的步进电机把握系统，能够有效的对步进电机转速、方向的把握。为了能够更加人性化的把握系统，本设计仍增加了语音提示部分，在实际应用当中由于紧急大事需要在短时间内明白电机的工作情形，这时看数码显示就很不便利，而语音提示提供很大帮忙，只要按下语音提示按钮便能猎取相关技术数据。本设计接受 16位单片机MCS80C51对步进电机进行把握，通过 I/O口输出 的具有时序的方波作为步进电

4、机的把握信号，信号经过驱动芯片驱动步进电机。同时，用 4X4的键盘来对电机的状态进行把握， 并用数码管显示电机的转速，接受 74LS164作为 4位单个数码管的显示驱动。1.1 步进电机把握系统概述步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一，是一种性能良好的数字执行元件，随着运算机应用技术、电子技术和自动把握技术在国民经济各个领域中的普及与深化，步进电机的需求量越练越大。随着工业技术的不断进展，以及同类产品的不断显现，步进电机面临着前所未有的挑战。但近30年来，数字技术、运算机技术和永磁材料的快速进展，推 动步进电机的进展，为步进电机的应用开创了宽敞的前景，近几年来，步进电机需求量始终显现出较快

5、的增长速度，其中扫描仪、打印机、传真、DVD-ROM/CD-ROM驱动器、空调及多功能自动化办公设备等应用对步进电机的需求增长最强。此外由于USB2.0的日益流行促进了高辨论率扫描仪的销售，步进电机向着小型、薄型和更小的步进角度进展。步进电机有着方方面面重要应用，如何对其进行有效把握，使其能够发挥最大的优势是各个行业技术开发人员所共同关注的，本文旨在设计一套较完整的通用把握系统，对步进电机的 转速、方向实行智能化把握，并能通过LED 显示其 转速。1.2 本设计任务和主要内容本论文主要争论单片机把握的步进电机系统，对步进电机的转速、方向进行3数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计把

6、握和显示。主要内容如下： 通过键盘设定步进电机的转速及方向 LED 显示步进电机的转速第 2 章系统主要硬件电路设计系统主要硬件电路设计4数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计2.1单片机把握系统原理键盘输入可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结AT89C51单片机LED数码显示步进电机转 速、 方向把握图 2-1单片机把握系统原理框图2 2 单片机主机系统电路AT89C51是 一 种 带 4K字 节 闪 烁 可 编 程 可 擦 除 只 读 存 储 器 （ FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低

7、电压，高性能CMOS8 位微 处理器。AT89C2051 是一种带 2K字节闪烁可编程可擦除只读储备器的单片机。单片机的可擦除只读储备器可以反复擦除100次。 该器件接受 ATMEL 高密度非易 失储备器制造技术制造， 与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 CPU 和闪烁储备器组合在单个芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一种高 效微把握器， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C 单片机为很多嵌入式把握系统供应了一种灵敏性高且价廉的方案。5数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计U119 XTAL1 C118 30pF 9 RS

8、T XTAL2X112M 29 30 31P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16

9、 17C2 30pFPSEN ALE EA C31p vcc R11k1 2 3 4 5 6 7 8P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AT89C51图 2-2单片机主机系统图2.2.1 时钟电路 单片机的时钟信号用来供应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。MCS-51 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚 XTALl和 XTAL2 分别是此放大电器的输入端和输出端，由于接受内部方式时，电路简洁，所得的时钟信号比较稳固，实际使用中常接受这种 方式，如图 2-2所示在其外接晶体振荡器

10、 简称晶振 或陶瓷 谐振器就构成了内部振荡方式， 片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个 自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。2-2中 图 外接晶体以及电容C2和 C1构成并联谐振电路，它们起稳固振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选12MHz2.2.2 复位电路 为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必需接受复位的方式，复位 后可使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开头正常工作。单片机可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情形下，只要RST 引脚上显现6数理与信息工程学院单片

11、机原理与应用期末学期课程设计两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但假如RST 引脚上连续 为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位后系统将输入/ 输出 1/0端口寄存 器置为 FFH，堆栈指针 SP置为 07H, SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0 ，内部 RAM 的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM 的内容是不定的。复位操作有两种情形，即上电复位和手 动 开关 复位。本系统接受上电复位方式。图 2-2中 R9和 Cl组成上电复位电路，其值 R 取为 1K, C取为 1pF.2.3 步进电机驱动电路驱动电路集成化成为一种趋势。目前，已有多种步进电机驱动集成电路芯片，它们

12、大多集驱动和爱惜于一体，作为小功率步进电机的专用驱动芯片，广泛用于小型外表、运算机外设等领域，使用起来特殊便利。本设计接受UCN5804B 芯 片。 UCN5804B芯片适用于四相步进电机的单极性驱动。它最大能输出1.5A电 流、 3.5V电压。内部集成有驱动电 路，上电自行复位，可以把握转向和输出访能。L4 R2 L3 L2 R1 L1B82412A3220J0005R6 B82412A3220J000B82412A3220J000 B82412A3220J000 5R6 D18EWS12S 1 2 3 4 6 12 U116 15 14 13 11 10 9 7 UCN5804Bv 8 2

13、 + 8EWS12S D28D3 8EWS12S D4 8EWS12S图 2-3步进电机驱动电路图 2-3为步进电机驱动电路，其中4 、5、12、13 脚为接的引脚， 1、3、6、 8脚为输出引脚，电动机各相的的接线如图，14 脚是把握电机的转向，其中低电平为正转，高电平为反转。 11 脚是步进脉冲的输入端，9、10 脚准备工作方式，其真值表如表2-1所示：7数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计表 2-1 9、10 脚真值表可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结工作方式双四拍 八拍 单四拍 禁止9脚 0 0 1 110脚 0 1 0 12.4 2.4 LED显示电路由于

14、系统显示的内容比较简洁，显示量不多，所以显示选用数码管既便利又经济。 LED有共阴极和共阳极两种。如图2-4所示。符号和引脚共阴极共阳极图 2-4LED数码管结构原理图二极管的阴极连接在一起，通常此共阴极接的，而共阳极就将二极管的阳极连接在一起，接入 +5V 的电压。一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发 光二极管。当在某段发光二极管施加确定的正向电压时，该段笔画即亮。不加电压即暗。为了爱惜各段LED 不被损坏，需外加限流电阻。数码管显示器有两种工作方式，即静态显示方式和动态扫描显示方式。为节省端口及降低功耗，本系统接受动态扫描显示方式。本电路的“段控”和“位控”分别由 P1口和 P3口把

15、握， P3 选中哪个数码管，哪个数码管就亮，P1 口把握显 示数字。 因 AT89C51 单片机 I/O口资源有限，必需对其Il0口进行扩展才能 中意实现 系统功能，如图2-7所示为用 8155扩展 1/0口的 4个 8位 LED 动态显示器，显示扫描由程控实现，其中PA 口输出字型码，PC 口输出位选信号即扫描信号，图中片选线 CE 和 AT89C51 的 P2.7口相连， IO/ M选通输入线与 P2.4口相连，8数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计该系统中当 P2.7=0且 P2.4 =1时，选中 8155芯片内三个 I/O口。相应的端口的址支配如表 2-1:表 2-2 8

16、155端口的址支配0 DM O C A B C D E F G dp A B C D E F G H 1 DM O C A B C D E F G dp A B C D E F G H 2 DM O C A B C D E F G dp A B C D E F G H M O CA B C D E F G dp A B C D E F G H U1:APA0 PA1 PA2 PA3 2 4 6 8 1 A0 A1 A2 A3 OE 74LS240 NET=PA2 Y0 Y1 Y2 Y3 18 1614 12R1 R2 R3 5R6 R4 5R6 5R6 5R6A B C D U219 XTAL

17、1 XTAL2 U3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结P0.0/AD03938P0.1/AD1P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534 P0.6/AD633P0.7/AD732P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WRP3.7/RD 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 815

18、5 A8 A9 A10 A11 A12A13 A14 A15 34 33 32 31 30 29 28 27 5 36 9 8 35 6 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RD WRA0 A1 RESET CE PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 PC7 4 3 2 1 40 39 38 37 18 19 20 21 22 23 24 25 1415 16 17 13 12 11 10 PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5

19、PA6 PA7U1:BPA4 PA5 PA6 PA7 11 13 15 17 19 A0 A1 A2 A3 OE 74LS240 Y0 Y1 Y2 Y3 9 7 5 3 R5 R6 R7 5R6 R8 5R65R6 5R6E F G dp 18RST 9RST29 30 31PSEN ALE EA RST1 2 3 4 5 6 7 8P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 AT89C51 NET=A11 9 U4:B 5 U4:A 3 7407 1 7407 7407 7407U4:D U4:C 8 6 4 2D3 D2 D1 D0图 2-5显示电路9数

20、理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计第 3 章3.1 步进电机的位置把握步进电机的位置把握位置系统的软件设计步进电机的运行把握涉及到位置把握和加、减速把握。步进电机的位置把握，指的是把握步进电机执行机构从一个位置精确的运行到另一个位置。步进电机的 位置把握是步进电机的一大特点，它可以不用借助位置传感器而只需要的开环控制就能达到足够的位置 精度。 步进电机的位置把握需要两个参数。第一个是确定位置，即步进电机把握的执行机构当前的位置参数，确定位置是有极限的，其极限是执行机构运动的范畴，超越了这个极 限就应报警。其次个是从当前位置移动到目标位置的距离，我们可以用折算的方式将这个距离折算成

21、步进电机的步数。这个参数是外界通过键盘或可调电位器旋钮输入的，所以折算的工作应当在键盘程序或A/D转换程序中完成。下面是本程序使用的资源：30H 、31H 存放定时器的常熟，低位在前32H34H 存放确定位置参数，低位在前35H 、36H 存放步进数，低位在前中断服务子程序框图如图2-6所示。10数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计图 2-6程序如下： POS: CPL P1.0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结步进电机位置把握子程序框图。转变 P1.0电平状态 。累加器 A进栈PUSH ACC PUSH PSW PUSH R0 JNB CLR JNB P1.0,P

22、OS4 EA P1.1,POS1。R0 进栈 。 P1.0=0时，半个脉冲，转到POS4 。关中断 。反转，转到 POS1 。正转11MOV R0,32H数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计INCR0。无进位就转向 POS2CJNE R0,#00H,POSE INC INC R0 R0CJNE R0,#00H,POS2 INC INC R0 R0。无越界，就转POS2 。发生越界，停定时器（停电动机）。调报警子。反转CJNE R0,#00H,POS2 CLR TR0LCALL BAOJING POS1: MOV R0,#32H DEC CJNE INC DEC CJNE INC

23、DEC CJNE CLR R0 R0,#0FFH,POS2 R0 R0 R0,#0FFH,POS2 R0 R0 R0,0FFH,POS2 TR0。无借位就转向 POS2LCALL BAOJING POS2: MOV DEC CJNE INC DEC POS3: R0,#35H R0 R0,#0FFH,POS3IU9R0 R0 。指向步数低位 35H SETB EA12数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计MOV A,35H ORL JNZ CLR C POS4 TR0SJMP POS5 POS4: CLR CLR MOV ADD ADD MOV MOV ADDC C TR0 A,T

24、L0 A,#08H A,30H TL0,A A,TH0 A,31HMOV TH0,A SETB POS5: POP POP POP RETI R0 PSW ACC TR03.2 显示子程序硬件电路如图 2-4 所示，通过 8155 芯片来扩展 I/O 口，其端口的址分别是： 命令/ 状态寄存器： 7FF8H ， PA 口： 7FF9H， PB 口： 7FFAH， PC 口： 7FFBH。 通过 P1 口把握数字显示，即“段选” ， P3 口把握“位选” 。 ORG 0000H START:JMP MAIN ORG 30H MAIN:MOV SP,#5FH 。初始化13数理与信息工程学院单片机原

25、理与应用期末学期课程设计B_BIT EQU 34H A_BIT EQU 35H C_BIT EQU 22H D_BIT EQU 23H E_BIT EQU 34H Count EQU r4。个位显示数据储备器。十位显示数据储备器。百位显示数据储备器。十位显示数据储备器 。万位显示数据储备器。计数器数据储备器ACALL INIT_RS232。调用 INIT_232子程序 CPL P0.0 MOV R5,#25 ACALL DELAY CPL P0.0 MOV P1,#0FFH MOV P2,#0FFH WAIT:acall DIAPY。调用显示程序JNB RI,WAIT 。接收电脑发过来的数据C

26、lR RI。清 RI ，连续下次接收。 P0.0 暗表示设定完成。 P0.0亮表示正在设定串口LJMP WAIT DIAPY :MOVR1,SBUF把接收到的数据放到A里 MOV A,R1 MOV B,#100 DIV AB MVO 33H,A MOV A ,B MOV B,#10 DIV AB MOV B_BIT,B MOV A_BIT,A14。提取百位可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计MOVDPTR,#TAB MOV R0,#5DP11:MOVR1,#250 DPLOP:个 位 显 示 MOV,A,B_BIT MOVCA,A+

27、DPTR。提取字模MOV P1,A CLR P2.2。开个位ACALL DELAY1 。调用扫描子程序SETB P2.2。十位显示MOV A,A_BIT MOVC A,A+DPTR。提取字模MOV P1,A CLR P2.3。开十位ACALL DELAY1 SET P2.3 MOV A,A_BIT MOVC A,A+DPTR 。提取字模 MOV P1,Amov p1,aCLR P2.4。开百位 DELAY1 。百位显示ACALLSETB P2.4 DJNZ R1,DPLOP DJNZ R0,DP11 RET INIT_RS232: MOV TMOD,#20H。 rs232初始化设定 。 120

28、0bs 15数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计MOV TH1,#0E8H SETB TR1 MOV SCON,#01010000B RET DELAY1: MOV R7,#2 D3: MOV R6,#25 D4: DJNZ R6,D4 DJNZ R7,D3 RET delay: MOV R5,#20 D2:MOV R6,#50 D1:MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 DJNZ R5,D2 RET TAB: DB 0C0H,0f9H,0a4H,0b0h,99h。0,1,2,3,4 DB 92H,82H,0f8H,80H,90h DB 88H,83H

29、,46H,0a1H,86h DB 8eh。FEND 。5,6,7,8,9。a,b,c,d ,e 16数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计第四章结 束 语本次课程设计是在学习单片机课程后的一次实践，通过查阅大量书籍、专业网站、论坛等，通过反复对比，接受技术较为成熟以及仿真成效的电路。在软件设计方面，一部分参考文献的已成程序进行修改编写，一部分就是平常的体会积累。 应当说这次课程设计仍是基本达到了设计的要求，但是也存在着未能解决的问题，由于在执行语音程序时对资源 的消耗比较大，在语音报数的时候会中断步进电机驱动信号的输出，导致电机停转。为此，在参考有关文献之后我将尝试使用两块单片机，

30、通过双机通讯来传递信号。这次步进电机的综合试验我们学到了步进电机、数码管、4*4键盘、更重要的是学会了程序出问题时调试的方法，并养成了遇到困难主动独立查找解决方案的信心和技巧。17数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计第 5 章参考文献1谢自美，电子线路设计、试验、测试（其次版）. 华中理工高校出版社，2000. 2 薛钧义，张彦斌，樊波等凌阳十六位单片机原理及应用. 北京航空航天高校出版社， 2003 3王晓明，电动机的单片机把握. 北京航空航天高校出版社，2002.5 4张鑫，单片机原理及应用 . 电子工业出版社， 2005.8 4EB/01 5EB/02181可编辑资料 - - - 欢迎下载