1、、設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計內(nèi)容：用80C51單片機設(shè)計一個步進電機控制器 設(shè)計要求： 1. 用8015設(shè)計一個四相步進電機。 2. 可控制步進電機的啟動與停止，正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。 3. 10檔速度調(diào)節(jié)。 4. 點動控制。 5. 可顯示電機運行參數(shù)。 、設(shè)計總體方案 （一）控制方式的選擇 控制主要用于電機速度和方向的轉(zhuǎn)換。控制方式有按鍵控制和開關(guān)控制兩種。按 鍵較開關(guān)而言，操作更加簡便，故選按鍵控制。 方案一：獨立按鍵。獨立按鍵可自由連接，線路簡單。 方案二：編碼式鍵盤。編碼式鍵盤的按鍵接觸點接于74LS148芯片。當(dāng)鍵盤上沒 有閉合時，所有按鍵都斷開，當(dāng)某一鍵閉合時，該鍵對應(yīng)的編碼由74LS148輸出。 本

2、次設(shè)計所需按鍵不多，不需要采用復(fù)雜編碼，考慮硬件條件、線路連接和經(jīng)濟 性等方面，選擇方案一。 （二）電機電路設(shè)計方案的選擇 由于條件的限制，對于電機的選擇只能是實驗臺上最小步距角18的電機，其中 已包含了驅(qū)動電路。 （三）單片機的選擇 方案一：AT89C51高性能8位單片機，內(nèi)部集成 CPU、存儲器、寄存器、I/O接 口，從而構(gòu)成較為完整的計算機，價格便宜。 方案二：C805仆005單片機，該單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)及芯片，具有 8051兼容的微控制器內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn)8052的數(shù)字 外設(shè)部件，片內(nèi)還繼承了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功

3、 能部件，執(zhí)行速度快，但價格較貴。 本次課程設(shè)計是在仿真環(huán)境下進行，沒有太過考慮單片機選擇的問題，但就設(shè)計 本身來講，從物美價廉的角度考慮，選擇方案一較合適。 （四）顯示方案的選擇 方案一：采用LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管是輪流現(xiàn)實的，其利用人煙的視覺暫留 特性，使人感覺不到數(shù)碼管閃動，看到每只數(shù)碼管都常亮。利用其顯示必須不停給數(shù) 碼管數(shù)據(jù)輸入口循環(huán)賦值，顯示內(nèi)容較多，編程和接線較為復(fù)雜。 方案二：采用LCD1602液晶顯示器。LCD1602具有功率小，效果明顯，變成容 易等優(yōu)點，且它最多能顯示 2X16個字符，可以輕松滿足設(shè)計要求。 由上可知，LCD1602液晶顯示器的優(yōu)點突出，故選擇方案二。

4、 （五）軟件部分的選擇 軟件部分的選擇主要是指編程語言的選擇，編譯調(diào)試工具根據(jù)設(shè)計平臺選擇偉福 軟件。編程語言主要有以下兩種方案。 方案一：采用 C語言編程。C語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言，編程靈活，可移植 性強，但占用資源多，執(zhí)行效率低。 方案二：采用匯編語言進行編程，。匯編語言是一種用文字助記符來表示機器指令 的符號語言，是最接近機器碼的一種語言，占用資源少，程序執(zhí)行效率高，但不易移 植。 從一般編程所遵循的規(guī)律以及設(shè)計條件考慮，綜合分析以上兩種方案，最終選擇 二、硬件設(shè)計 該電機控制器采用單片機作為數(shù)據(jù)處理及控制核心，并上電機的驅(qū)動電路， 通過單 復(fù)位電路 開關(guān) 片機的P2 口控制開關(guān)的操

5、作，P0 口來控制電機的脈順序， P3 口來控制LED數(shù)碼管的 顯示，總體框圖如圖1所示。 狀態(tài)顯示 80C51 單片機 電源及時鐘電路 驅(qū)動電路 步進電機 步進控制器硬件總體框圖 主要器件及簡介如下: 單片機AT89C51 本次設(shè)計采用偉福仿真器模仿 AT89C51環(huán)境。由上面介紹可知， AT89C51為一款 典型的80C51單片機，具有 8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、128字節(jié)片內(nèi)RAM和4K 的片內(nèi)ROM以及4個并行I/O 口等單元。其連接電路如圖 2所示。 晶振選擇為11.0592MHz，以產(chǎn)生精確的時鐘頻率。P0和P2 口作為16位地址端口， P0 口也作為數(shù)據(jù)端口，P1 口用于LC

6、D及按鍵的控制，P2.7 口控制片外 RAM。 J- I 步進電機 該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電 機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。圖 3是該四相反應(yīng) 式步進電機工作原理示意圖。 圖3四相步進電機步進示意圖 開始時，開關(guān) SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同 時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相 繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源， SB、SA、SD斷開時，由于 C相繞組的磁力線和 1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而 0、3號齒

7、和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒 就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿 著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。 四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。 單四 拍與雙四拍的步距角相等， 但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。 八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四 拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖4.a、b、c所示： 韓沖 mruuumrLrmiui Art _nnn _n_n一n_ ctB n n n Dta i n n n _rLnjirLrLr

8、LrLrLnrLrLrL r_nurLj JL nLT-L n_ri_o_r -rLnnnrLnrLrLruumnnnr J 1 11 1 1廠 1L 1廠 a.單四拍 b.雙四拍 c八拍 圖4步進電機工作時序波形圖 LED數(shù)碼管顯示 LED數(shù)碼管為7段數(shù)碼管顯示模塊，具有共陰極和共陽極兩種，如圖5所示。數(shù) 據(jù)由單片機P3 口給出。 6 GNU 共明根T段數(shù)碼昔 2爭 岔廬岔疔應(yīng)疔產(chǎn)療玄疔；t卅 e f e h 線路接線圖 圖5數(shù)碼管原理 圖6線路接線圖 四、軟件設(shè)計 軟件流程圖如圖7 主程序：等待按鍵命 是 令 否. 跳轉(zhuǎn)到主程序 P2.6反轉(zhuǎn) P2.7停止 圖7軟件流程圖 源程序清單 OR

9、G 0000H LJMP MAIN ORG 0040H MAIN: MOV R1,#00H JNB P2.2,ZDCHU電機電動 JNB P2.5,ZHENG 電機正轉(zhuǎn) JNB P2.6,E電機反轉(zhuǎn) JNB P2.7,STO電機停止 JMP MAIN EE: LJMP FANC ；電機電動的子程序 ZDCHU: MOV R7,#1 MOV P3,#0A1H CALL DELAY1 DIAN:MOV P0,#09H CALL DELAY1 MOV P0,#03H CALL DELAY1 MOV P0,#06H CALL DELAY1 MOV P0,#0CH CALL DELAY1 DJNZ R7

10、,DIAN JNB P2.2,$ JMP MAIN ；電機停止的子程序 STOP:MOV P3,#8CH CALL DELAY1 MOV P0,#00H JNB P2.2,ZDCHU JNB P2.5,ZHENG JNB P2.6,FAN JMP NEXT1 NEXT1:LJMP STOP ;電機正轉(zhuǎn)的子程序 ZHENGC:MOV P0,#00H ZHENG: MOV P0,#09H CALL DELAY MOV P0,#03H CALL DELAY MOV P0,#06H CALL DELAY MOV P0,#0CH CALL DELAY JB F0,TIAO ;F0為加的符號位，當(dāng)加完一次

11、用符號位來判斷開關(guān)的狀態(tài) JNB P2.0JA TIAO:JB P2.0,QINGL NEXT2:JB CY,JTIAO JNB P2.1JAN JTIAO:JB P2.1,JQINGL NEXT3:JNB P2.6,FAN JNB P2.7,STOP FH: JMP ZHENG QINGL:CLR F0 ;符號位清零 JMP NEXT2 JQINGL:CLR CYI;CY為正轉(zhuǎn)減速符號位 JMP NEXT3 ;反轉(zhuǎn)子程序 FANC:MOV P1,#0FEH FAN :MOV P0,#0CH CALL DELAY MOV P0,#06H CALL DELAY MOV P0,#03H CALL

12、DELAY MOV P0,#09H CALL DELAY JB OV,FTIAO;O為反正加速符號位 JNB P2.3,FJIA FTIAO:JB P2.3,FQINGL FJIAN3:JB AC, FJTIAO;AC反 正減速符號位 JNB P2.4,FJIAN FJTIAO:JB P2.4,FJQINGL FJIAN2:JNB P2.5,ZHENG JNB P2.7,FF FH1:LJMP FAN FF:LJMP STOP FQINGL:CLR OV JMP FJIAN3 FJQINGL:CLR AC JMP FJIAN2 ；正轉(zhuǎn)加速子程序 JIA: CJNE R1,#0AH,JIA控制

13、10 檔速度 JMP ZHENG JIA1: INC R1;控制延時子程序變量自加1 SETB F0 JMP FH ；反正加速子程序 FJIA: CJNE R1,#0AH,FJIA1 JMP FAN FJIA1: INC R1 MOV A,R1 SETB OV JMP FH1 ；正轉(zhuǎn)減速子程序 JIAN: CJNE R1,#01H,JIAN1 JMP ZHENG JIAN1: DEC R1 SETB CY JMP FH ；反正減速子程序 FJIAN: CJNE R1,#01H,FJIAN1 JMP FAN FJIAN1:DEC R1 SETB AC JMP FH1 DELAY:MOV R4,A

14、 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV R6,A通過改變延時來改變電機的轉(zhuǎn)速 PUSH A MOV A,R4 JNB P2.6,AA MOV DPTR,#TAB1 BB:MOVC A,A+DPTR MOV P3,A POP A CALL DELAY1 D1:MOV R7,#50 DL:NOP NOP DJNZ R7,DL DJNZ R6,D1 MOV A,R1 RET AA:MOV DPTR,#TAB2 JMP BB DELAY1:MOV R4,#5 D1_2: MOV R5,#249 DL2:NOP NOP DJNZ R5,DL2 DJNZ R4,D1_2 RET

15、DELAY2:MOV R6,#255 D1_3: MOV R7,#255 DL3:NOP NOP DJNZ R7,DL3 DJNZ R6,D1_3 RET DELAY3:MOV R4,#255 D1_4: MOV R5,#249 DL4:NOP NOP DJNZ R5,DL4 DJNZ R4,D1_4 RET TAB:DB 130,130,120,110,100,90,80,70,60,50,40,30,25 TAB1:DB 086H,0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H DB 90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,8CH,7F

16、H,0FFH TAB2:DB 08EH,0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H DB 90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,8CH,7FH,0FFH END 五、調(diào)試過程 調(diào)試過程中，首先遇到的第一難點就是在加速過程中怎樣來使每次開關(guān)撥一次檔位加1, 剛開始的時候如果沒有設(shè)置的話，電機的檔位調(diào)速會變的很不均勻，呈現(xiàn)一種亂跳亂加減速 的現(xiàn)象，觀察程序發(fā)現(xiàn)，由于主程序每次循環(huán)執(zhí)行，當(dāng)調(diào)用加速子程序的時候，會每次自動 加1,所以為了克服這個困難真的是花了很長的時間，后面經(jīng)過各種調(diào)試，發(fā)現(xiàn)可以利用符 號位來置位從而是下次循環(huán)跳出執(zhí)行加速的

17、子程序語句，這樣可以很均勻的發(fā)現(xiàn)每撥一次開 關(guān)就可以換一個檔位，直到10檔結(jié)束，用CJNE語句可以實現(xiàn)。 碰到的第二個問題便是怎樣才能將電機的各種參數(shù)可以實時顯示出來，剛開始由于對 LCD液晶的不熟悉所以選擇了用LED數(shù)碼管來顯示，但在使用過程中發(fā)現(xiàn)，用查詢法的方法 來寫程序，要使同時 6個數(shù)碼管發(fā)亮并且顯示不同的數(shù)字遇到了困難，幾經(jīng)調(diào)試還是不成， 便改用LCD液晶，對于液晶的顯示還是比較容易，但是當(dāng)發(fā)現(xiàn)將液晶和電機程序加減速合 并起來的時候遇到了困難，液晶可以顯示加減的檔位數(shù)，但是電機卻沒有改變轉(zhuǎn)速，經(jīng)過了 很久的怒路，包括設(shè)斷點，單步執(zhí)行，自動跟步的方法還是沒能調(diào)試出來，自己能力也有限， 還是得多加努力，最終由于時間的關(guān)系，最后還是選