步进电机课程设计(共23页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上单片机综合设计实验 题目: 步进电动机综合控制 学院 计算机科学与信息工程学院 专业年级 2013级自动化三班 实验组员 指导教师 职称 日 期 2013-12-30 目录摘要.一 概述. 1.1 实验目的. 1.2 实验内容与要求. 1.3步进电机的介绍. 1.4研究的思路.二 硬件设计. 2.1 51单片机介绍. 2.2 LCD1602液晶显示介绍 2.3 uln2003步进电机驱动介绍三 相关图像.3.1总电路图.3.2程序流程图. 3.2.1控制框图 3.2.2流程图四 调试结果及分析.五 设计总结及心得体会.附录【1】系统程序.附录【2】参考文献.【摘要】
2、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 本实验利用8051单片机达到控制步进电机的启动、停止、正转、反转、点动、转过指定角度、状态显示和数据指示的目的,使步进电机控制更加灵活。整个系统有80C51单片机控制系统,由uln2003驱动电路驱动,键盘控制电路,LCD液晶显示电路。用51单片机控制两相四线步进电动机,在非超载情况下,电机的转速,停止的位置只取决于脉冲信号的频率和个数,而不受负载的影响,给电机一个脉冲信号,电机则转过一个步距角,通过控制脉冲个数可以控制角位移量,从而达到控制位的作用,同时通过控制脉冲的相序来改变步进电机的转向,从而达到控制正反相的作用。本次采用51单片
3、机为核心器件来控制步进电机,系统的实用性较强。关键字: 51单片机;步进电动机;脉冲;LCD16021.1实验目的: 1,单片机对步进电动机控制可以熟悉步进电机的控制与原理运用。 2,单片机对步进电动机控制可以熟悉步进电机结构及各种工作方式。 3,通过本次实验可以运用所学单片机理论知识,专业技能来对实际问题进行分析,思考,解决,提高对专业知识的掌握和锻炼逻辑思维能力。1.2 设计内容与要求:1、任务介绍:实现步进电机按规定的速度正转、反转,转过指定的角度,要有点动功能。所有命令通过键盘输入,步进电机在运行过程中要有状态和数据指示。2、每套设计文档应包括: 系统原理说明、程序框图、电路原理图和程
4、序清单。 1.3步进电机的介绍1.3.1相关的技术指标: a、相数:指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机,本实验用的是二相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同。 b、步距角:表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。本实验程序运行前要先测量步进电机的步距角。(本开发板上已测步进电机步距角为18度)c、拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。也就是说本步进电机每转一周需要20个脉冲。本实验用2相4拍运行方式双四拍工作方式: *; 正转:A/B AB AB/ A/B/ * 反转:A/B/ AB/ AB A/B该实验
5、板上步进电机内部结构图如图一1.3.2工作原理: 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的,可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。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
6、用步进电机来控制变的非常的简单。 1.3.3步进电机的驱动:步进电机的驱动可以选用专用的电机驱动模块,比如L298、FT5754等,这类驱动模块接口简单,操作方便,它们既可以驱动步进电机,同时也可以驱动直流电机。但本实验使用ULN2003驱动电路驱动步进电机运转。1.4研究的思路 1 了解单片机本身内部应有的资源,如:中断,定时器,计数器,IO的使用。 2 了解步进电机的工作原理和作用。 3 根据步进电机的原理,分析并分配单片机内部资源,并根据单片机的资源,来实现 硬件电路的设计以及软件程序的编写。 4 遇到自己所学知识不懂或不熟悉的东西,查阅资料探究明白。 5 在设计好单片机控制步进电动机时
7、,要学会分析电路中出现的问题,并且好好总结。二 硬件设计2.1 51单片机介绍 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,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和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 其引脚图如下所示 。1 主要特性:与MCS-51 兼
8、容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命:1000写/擦循环数据保留时间:10年全静态工作:0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2 2管脚说明: 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/地址的第八位。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
9、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“1”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
10、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,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AT89C51的一些特殊功能口,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 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入
11、)P3.5 T1(记时器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FLASH编程期间,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SFR8EH地址上置0
12、。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC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。 51单片机内部结构图/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FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。4 芯片
13、擦除:整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。此外,AT89C51设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下,CPU停止工作。但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。5 MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品,典型产品有 8031(内部没有程序存储器,实际使用方面已经被市场
14、淘汰)、8051(芯片采用HMOS,功耗是630mW,是89C51的5倍,实际使用方面已经被市场淘汰)和8751等通用产品,一直到现在, MCS-51内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品(比如目前流行的89S51、已经停产的89C51等),各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。 有些文献甚至也将8051泛指MCS-51系列单片机,8051是早期的最典型的代表作,由于MCS-51单片机影响极深远,许多公司都推出了兼容系列单片机,就是说MCS-51内核实际上已经成为一个8位单片机的标准。 其他的公司的51单片机产品都是和MCS-51内核兼容的产品而以。同样的一
15、段程序,在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的,如ATMEL的89C51(已经停产)、89S51, PHILIPS(菲利浦),和WINBOND(华邦)等,我们常说的已经停产的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51单片机,同时是在原基础上增强了许多特性,如时钟,更优秀的是由Flash(程序存储器的内容至少可以改写1000次)存储器取带了原来的ROM(一次性写入),AT89C51的性能相对于8051已经算是非常优越的了。2.2 LCD1602液晶显示介绍 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。 这里介绍的
16、字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器,根据显示的容量可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等,这里以常用的2行16个字的DM-162液晶模块来介绍它的编程方法* a. 1602LCD主要技术参数: 显示容量:162个字符 芯片工作电压:4.55.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm b. 1602液晶模块引脚功能1602LCD采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口,各引脚接口说明如下表所示: 编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液
17、晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极1602液晶模块引脚说明: 第1脚:VSS为地电源。第2脚:VDD接5V正电源。第3脚:VL为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会 “鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚:RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚:R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为
18、低电平R/W为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚:E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。第714脚:D0D7为8位双向数据线。第15脚:背光源正极。第16脚:背光源负极。 3.1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如下表所示: 序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地
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