課程設計報告設計題目： 遙控小車 基于51單片機的步進電機調速系統學 院： 專 業： 班 級： 學 號： 姓 名： 電子郵件： 時 間： 成 績： 指導教師： 華 南 農 業 大 學理 學 院 應 用 物 理 系課 程 設 計（報告）任 務 書學生姓名 指導教師 職稱 學生學號 專業 電子信息科學與技術 題目 基于51單片機的步進電機調速系統（遙控小車）任務與要求1. 設計并制作電路，利用單片計控制步進電機運轉。2. 通過鍵盤可以不間斷地設定改變電機的轉速、轉向。3. 利用顯示器實時顯示轉速等參數。4. 擴展功能：可設定轉動步數。開始日期 2014 年3 月 完成日期 2014 年3 月 1 引言步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。目前，步進機已經廣泛應用于領域，例如工業生產中的機械臂的控制，照明裝置和監控攝像機轉動等。步進機在裝置轉動、精確位移方面有很重大的作用。本系統是基于STC89C51 單片機的遙控小車。采用STC89C51單片機作為控制核心，通過ULN2003A驅動步進機（28BYJ-48）轉動，由按鍵和顯示屏1602組成人機交互模塊，同時通過315M無線發射和接收模塊向單片機輸入控制信號，將整個系統固定于簡易小車上，最終實現小車測試和遠程遙控功能。基本達到預定的設計要求以及功能的擴展。2 系統的設計與理論分析2.1 系統總體設計2.2 理論分析本設計分為兩種工作模式：測試模式、遙控模式。在電路板上有一個帶鎖的開關進行設置。測試模式工作時，通過控制小車上的按鍵進行加速、減速、反轉、設置、步數增、步數減等按鍵，單片機掃描按鍵，通過軟件控制液晶模塊顯示對應的轉速、設置的速度和步數，同時控制步進機模塊進行相應的轉動。步進機的是由ULN2003A達林頓管驅動，由單片機控制輸入脈沖的頻率來控制步進機的轉速，單片機是通過程序查表對4個I/O口輸出脈沖，本次設計采用的是兩相四線減速步進機，步進角為5.625，減速比為64:1，程序采用的是8拍查表，具有較好的扭矩。遙控模式工作時，遙控部分五個按鍵分別輸入前、后、左、右、暫停，單片機掃描按鍵，通過無線發射模塊發射串行編碼，小車的無線接收模塊接收對應的編碼，送至單片機進行解碼，從而控制液晶模塊的顯示和步進機模塊的工作，進而完成功能。設定單通道無線收發模塊通信協議為：下降沿： 1ms的高電平，隨后500us的低電平。起始位： 4ms的高電平，隨后4ms的低電平。數據1： 2ms的高電平，隨后500us的低電平。數據0： 1ms的高電平，隨后500us的低電平。結束位：4ms的低電平。發送指令程序為：下降沿，起始位，3個數據位，結束位發送編碼為：右轉：000前進：001后退：010左轉：011接收程序通過觸發外部中斷1來接受信號，當P3.3口收到下降沿信號是即開始接收數據。3 硬件系統設計3.1 總體電路圖3.2 單片機最小系統3.3 步進機模塊本次設計采用的是兩相四線減速步進電機，步進角為5.625，減速比為64:1 采用ULN2003達林頓管驅動。3.4 液晶顯示模塊液晶顯示模塊采用LCD1602顯示屏。3.5 測試按鍵模塊3.6 遙控器部分4 軟件系統設計 4.1 主函數4.2 遙控模式程序4.3 測試模式程序4.4 鍵盤掃描程序5 系統運行情況分析打開小車開關后，按下“測試”按鍵，小車進入測試模式。連續按 “加速”按鍵時，小車輪子轉速明顯變快；連續按“減速”按鍵時，小車輪子轉速逐漸變慢；按“反轉”按鍵輪子轉速反向。按“設置”按鍵會看到液晶顯示屏關標閃爍，按“設置”鍵使光標移動，按“+”、“-”設置小車速度和步數，再一次按“設置”鍵，小車會依照這頂要求行駛。按“測試”按鍵使其彈起，測試小車進入遙控模式工作時，打開遙控器，分別按下“前”、“后”、“左”、“右”，小車會依照對應的方向行駛，按下“暫停”鍵時，小車停止。由此，改系統基本達到設計要求及拓展功能的要求。不過因為本設計采用的28BYJ-48步進機為減速步進機，轉動的上限值比較下，導致小車的行駛效果較慢，這個問題可以通過課后改用其他型號計算機得以解決。6 總結與討論經過四個星期的單片機課程設計，終于完成了基于51單片機的步進電機調速系統的設計，基本達到設計要求。同時自己在該系統上擴展無線收發模塊，將該系統拓展為遙控小車。在本次設計的過程中，我們組成員進行了熱烈討論及反復的斟酌、修改。首先對需要用到的元器件的參數進行充分的了解，然后在計算機上用Proteus進行了與Keil軟件的聯動仿真。確認仿真正確看是硬件的焊接與調試。在實驗過程中，我們也遇到了許多問題，如步進機轉動不起來、液晶屏顯示亂碼等，但是經過不斷的探索、思考、驗證，我們最終克服了種種困難，解決了所遇到的問題，成功地完成了這個課程設計。在這個過程中，除了學習到關于本次設計的一些專業知識、電路焊接實踐經驗外，同時，大家的刻苦耐勞、團隊合作的品質也得到了充分的鍛煉。附1：實物圖：圖1 遙控小車圖2 遙控器附2：參考文獻1 李朝青. 單片機原理及接口技術M.第3版. 北京航空航天大學出版社, 2005.2 楊素行. 模擬電子技術基礎簡明教程M. 第三版. 高等教育出版社, 2006.附3：組內分工：A.龐明轅：電路焊接、單片機編程、電路調試、輔助完成設計報告。B.杜爍：電路焊接、單片機編程、輔助方案改進、輔助完成設計報告。C.湯安琪：電路焊接、數據采集、完成設計報告。附4：元器件清單表格元件數量STM89C51216022ULN2003A228BYJ-482315M無線收發模塊2簡易小車1其它（開關、電池）若干評語： 成績： 附：程序代碼：/*單片機課程設計C語言程序*題目：基于步進機的小車成員：湯安琪、龐明轅、杜爍。日期：2014-3-1*/#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit a = P10; /反向sbit b = P11; /減速sbit c = P12; /加速sbit d = P13; /開關sbit f = P14; /設置sbit g = P15; /加sbit h = P16; /減sbit lcden = P37; /1602使能sbit lcdrs = P36; /1602寫命令/數據選擇端sbit trans = P33; /射頻串行輸入端bit n,p;uint step,time,flag,flag1,num,snum,setnum,stepnum,count,temp,sum,t,e,j,k,m;uchar v0,v1,v2,count1,num1,temp1;uchar code table1 = 0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88,0x99;/左uchar code table2 = 0x11,0x99,0x88,0xcc,0x44,0x66,0x22,0x33;/右uchar code table3 = 0x11,0x93,0x82,0xc6,0x44,0x6c,0x28,0x39;/后uchar code table4 = 0x11,0x39,0x28,0x6c,0x44,0xc6,0x82,0x93;/前uchar code table5 = SPEED: 000 r/h;uchar code table6 = SET:000 STEP:000;/*-延時程序 -*/void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=10;y0;y-);void delay1(uint z) /10usuchar a,b,x; for(x=0;x0;b-) for(a=2;a0;a-);/*-LCD1602寫命令程序 -*/void write_com(uchar com)lcdrs = 0;P0 = com;delay(5);lcden = 1;delay(5);lcden = 0;/*-LCD1602寫數據程序 -*/void write_dat(uchar dat)lcdrs = 1;P0 = dat;delay(5);lcden = 1;delay(5);lcden = 0;/*-基于LCD1602的顯示程序-*/void display(uchar add,uchar dat)uint bai,shi,ge;bai = dat/100;shi = (dat-(dat/100)*100)/10;ge = dat%10;write_com(0x80+add);write_dat(0x30+bai);write_dat(0x30+shi);write_dat(0x30+ge);/*-小車速度計算程序-*/void speed_dis()double n;if(b = 0)delay(5);if(b=0)while(!b);time = time+10;if(time=300)time=300; if(c = 0)delay(5);if(c=0)while(!c);time = time-10;if(time=70)time=70; n = 15*time/1024; count = 60*n;/*-步數執行程序：進入設置模式設置步數，確認后執行。-*/void steprun()uint m;m=512*stepnum;while(m-)uchar i;for(i=0;i8;i+)P2 = table4i;delay1(time);speed_dis();display(7,count);if(f=0)break;/*-轉速設置程序：進入設置模式設置轉速確認后執行。-*/void setrun()while (1)uchar i;time=(setnum*1024/900);for(i=0;i35&t35&t5&t15&t5&t15&t5&t15&t25) /數據1v2=1;while(trans=0);t=0;count1=v0+v1+v2;switch(count1)case 0:e=0;j=1;k=1;m=1;break; /000case 1:e=1;j=0;k=1;m=1;break; /001case 2:e=1;j=1;k=0;m=1;break; /010case 3:e=1;j=1;k=1;m=0;break; /011case 4:e=1;j=1;k=1;m=1;p=0;break; /100 n=0;EX1=1;/*-控制小車運行程序（前后左右），運行時顯示小車的實時速度。-*/void run()if(flag=0&flag1=0)if(j=0)uchar i,q;p=1;while(1)if(n=1)break;for(q=0;q128;q+)for(i=0;i8;i+)P2 = table4i;delay1(time); speed_dis();display(7,count);if(m=0)uchar i,q;p=1;while(1)if(n=1)break;for(q=0;q128;q+)for(i=0;i8;i+)P2 = table1i;delay1(time); speed_dis();display(7,count);if(k=0)uchar i,q;p=1;while(1)if(n=1)break;for(q=0;q128;q+)for(i=0;i8;i+)P2 = table3i;delay1(time); speed_dis();display(7,count);if(e=0)uchar i,q;p=1;while(1)if(n=1)break;for(q=0;q128;q+)for(i=0;i8;i+)P2 = table2i;delay1(time); speed_dis();display(7,count); receive();/*-正轉程序-*/void forward()uint i,q;for(q=0;q512;q+)if(d=1|a=0)break;for(i=0;i8;i+)P2 = table4i;delay1(time); speed_dis();display(7,count); /*-反轉程序-*/void reverse()uint i,q;for(q=0;q512;q+)if(d=1|a=1)break;for(i=0;i8;i+)P2 = table3i;delay1(time); speed_dis();display(7,count); /*-小車停止狀態下的測試程序功能：b增加步進機脈沖周期 c減少步進機脈沖周期， d為測試開關， a為反轉開關，運行狀態實時顯示步進機速度。-*/void testcar()if(flag1=0)if(d = 0)flag = 1; /測試狀態下，保證方向按鍵無效if(a=0)reverse();else forward();else display(7,0);flag = 0; /*-鍵盤掃描程序。功能：f為設置鍵，g為加鍵，h為減鍵，按下g鍵次數：1：速度設置2：步數設置3：確認按下g鍵對應數+1按下h鍵對應數-1-*/void keyscan()if(f=0) delay(5);if(f=0)while(!f);snum+;flag1 = 1;if(snum=1)write_com(0xc6);write_com(0x0f);if(snum=2)write_com(0xc0+15);if(snum=3)write_com(0x0c);snum=0;flag1 = 0;time = setnum+40;display(7,time);write_com(0x0c);if(stepnum!=0)steprun();if(setnum!=0)setrun(); if(snum!=0)if(g=0)delay(5);if(g=0)while(!g);if(snum=1)setnum = setnum+10;if(setnum=99)setnum=0;display(0x40+4,setnum+40);write_com(0xc0+6);if(snum=2)stepnum+;if(stepnum=99)stepnum=0;display(0x40+13,stepnum);write_com(0xc0+15);if(h=0)delay(5);if(h=0)while(!h);if(snum=1)setnum = setnum-10;if(setnum0)setnum=99;display(0x40+4,setnum+40);write_com(0xc0+6);if(snum=2)stepnum-;if(stepnum0)stepnum=99;display(0x40+13,stepn