1、 單片機課程設計江南大學物聯網工程學院課程設計報告課程名稱： 單片機原理及應用 設計題目： 基于單片機的步進電機控制器設計 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 評 分： 2013年 6月 29日目錄一、設計目的2二、設計要求2三、儀器設備2四、主要芯片及硬件原理說明31、芯片說明32、硬件原理說明5五、程序清單10六、設計體會141一、設計目的：通過具體小型測試系統設計，實踐單片機系統設計及調試的全過程，以加深對單片機內部結構、功能和指令系統的理解，并進一步學習單片機開發系統的應用及一些外圍芯片的接口和編程方法，初步掌握單片機系統的硬、軟件設計技術及調試技巧。二、設計要求：1） 電機轉速

2、可以平穩控制2） 通過鍵盤和顯示器可以設置電機轉速3） 顯示電機的速度趨勢三、儀器設備：1）PC機（已安裝程序編寫和調試的相關軟件）2）購買的51單片機學習開發板MINI V23）數據線4）28BYJ-48步進電機4、 主要芯片及硬件原理說明：芯片說明:1） AT89C51單片機89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C5

3、1是一種高效微控制器。89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。2） 電機驅動芯片ULN2003A大電流達林頓陣列，由八個硅NPN 達林頓管組成。可直接驅動繼電器、電動機等，其內部電路如下：3）鎖存器74ACQ573SC74ACQ573SC芯片為D型透明鎖存器，其封裝、內部電路、引腳功能如下：硬件電路及其原理說明：1） 控制模塊：該部分電路為單片機最小系統與控制按鍵的原理電路。在最小系統中，使用晶振頻率為12MHZ，復位電路具有上電自動復位與手動復位2中功能，使用內部程序存儲功能。P3.2P3.6接獨立按鍵，分別為控制電機的正轉、反轉、停止、加速、減速，P3.2和P3

4、.3為外部中斷引腳，但程序中統一使用按鍵檢測的方法來讀取控制信號，未使用中斷。系統由電腦USB接口供電，電壓為5V，符合系統工作要求。2） 顯示模塊：顯示電路中使用8段共陰極獨立數碼管，數碼管帶有選通端（com引腳）。本系統使用3個數碼管，第一個數碼管顯示速度等級，速度等級分為18，等級越高速度越高。第二個數碼管顯示電機的運行方向，“0”代表電機停止運轉、“1”帶表電機正轉、“2”代表電機反轉。第三個數碼管顯示電機運行趨勢，“P”代表電機平穩運行，“-”代表電機減速，“+”代表電機加速。數碼管位選數據和段選數據由P0口控制，數碼管的顯示中需要2個鎖存器74ACQ573SC分別鎖存位選和段選信號

5、。2個鎖存器的片選信號分別由P6和P27引腳控制。位選信號為0時，對應數碼管被選通；段選信號為1時對應的數碼管內部LED被點亮。所以數碼管的段選數碼表和位選控制如下：數碼管段選數碼表P0口輸出0x3f0x060x5b0x4f0x660x6d0x7d數碼管顯示值0123456P0口輸出0x070x7f0x6f0x460x400x73數碼管顯示值789類似“+”-P位選控制P0口輸出0xfe0xfb0xf7被選通的數碼管第一個第二個第三個原理圖如下：3） 驅動模塊：步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖

6、數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。本系統使用28BYJ-484相5線制步進電機,由于單片機輸出電流較小無法直接驅動步進電機運轉，所以需要經過ULN2003A電流放大芯片放大后，才能驅動電機。28BYJ-48硬件特性：1.額定電壓：12VDC(另有電壓：5V、6V、24V)2.減速比：1/64(另有減速比：1/16、1/32) 3.步距角：

7、5.625°/64 4.驅動方式：4 相 8 拍5.直流電阻：200± 6.空載牽入頻率：600Hz 7.空載牽出頻率：1000Hz 8.牽入轉矩：34.3mN.m(120Hz) 本設計采用8拍運行方式，即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA的運行方式。程序中對應的正轉、反轉數碼表如下：正轉數碼表0x010x030x020x060x040x0c0x080x09AABBBCCCDDDA反轉數碼表0x090x080x0c0x040x060x020x030x01ADDDCCCBBBAA原理圖如下：5、 程序清單：#include<reg52.h>#define ui

8、nt unsigned int#define uchar unsigned charuchar djr=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09;/電機正轉數碼表uchar djl=0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01;/電機反轉數碼表uchar djstop=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00; /電機停止數碼表uchar table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x46,0x40,0x73; /數

9、碼管顯示段碼表uint flag,k;/flag為電機運行狀態標志sbit right=P32;/正傳按鍵sbit left=P33;/反轉按鍵sbit stop=P36;/停止按鍵sbit up=P34;/加速按鍵sbit down=P35;/減速按鍵sbit dula=P26;/數碼管段選通輸出端口sbit wela=P27;/數碼管位選通輸出端口void display(uchar sudu);/速度顯示函數聲明void display1(uchar flag1);/電機運行狀態顯示函數void delay1(uint z)/延時函數1uint x,y;for(x=z;x>0;x-

10、)for(y=30;y>0;y-);void delay2(uint a)/延時函數2uint b,c;for(b=a;b>0;b-)for(c=10;c>0;c-);void main()/主函數 uint speed1=1,speed;while(1)if(stop=0)/停止按鍵檢測delay1(5);if(stop=0)while(!stop);flag=0;/如果停止按鍵按下，則flag=0if(right=0)/正轉按鍵檢測delay1(5);if(right=0)while(!right);flag=1;/如果正轉按鍵按下，則flag=1if(left=0)/反

11、轉按鍵檢測delay1(5);if(left=0)while(!left);flag=2;/如果反轉按鍵按下，則flag=2if(down=0)/減速按鍵檢測delay1(5);if(down=0)wela=1;/減速狀態顯示,第4數碼管顯示"-"P0=0xf7;wela=0;dula=1;P0=table11;dula=0;while(!down);speed1+;if(speed1>8)speed1=1;if(up=0)/加速按鍵檢測delay1(5);if(up=0)wela=1;/加速狀態顯示，第4數碼管顯示"+"P0=0xf7;wela=

12、0;dula=1;P0=table10;dula=0;while(!up);speed1-;if(speed1<1)speed1=8;if(flag=0)/電機停止運行程序for(k=0;k<8;k+)P1=djstopk;delay2(speed1);display(flag);if(flag=1)/電機內部一周程序正傳for(k=0;k<8;k+)P1=djrk;delay2(speed1);speed=9-speed1;display(speed);/調用速度顯示函數display1(flag);/調用電機運行狀態顯示函數else if(flag=2)/電機內部反轉一周

13、程序for(k=0;k<8;k+)P1=djlk;delay2(speed1);speed=9-speed1;display(speed);/調用速度顯示函數display1(flag);/調用電機運行狀態顯示函數void display(uchar sudu)/速度顯示子函數wela=1;P0=0xfe;wela=0;dula=1;P0=tablesudu;dula=0;delay1(1);void display1(uchar flag1)/電機運行狀態顯示函數wela=1;P0=0xfb;wela=0;dula=1;P0=tableflag1;/顯示0代表電機停止，1代表正傳，2代表反轉dula=0;delay1(1);wela=1;P0=0xf7;wela=0;dula=1;P0=table12;/顯示P代表電機平穩運行dula=0;delay1(1);6、 設計體會：我通過基于單片機的步進電機控制器設計，實踐單片機系統設計、上機調試及再設計的全過程，以加深對單片機內部結構、原理功能和指令系統的進一步理解，并進一步學習單片機開發系統的原理與應用以及一些外圍芯片的接口和編程調試方法與技巧，初步掌握單片機系統的硬、軟件設計技術及調試技巧。老師課程上沒有講過步進電機的設計，不過課程設計需要用單片機，在設計之前，我好好復習了課本，全面梳理了一下51系列