1、單片機課程設計報告設計題目： 步進電機控制系統學 院 自動化與信息工程學院 專 業 電氣工程及其自動化 班 級 姓 名 學 號 指導教師 王水魚 2010 年 秋季 學期起止時間：2011年1月10日至2011年1月14日平時（10%）任務完成（30%）答辯（30%）課設報告（30%）總評成績目錄1. 設計目的22. 設計的主要內容和要求23. 題目及要求功能分析24. 設計方案54.1 整體方案54.2 具體方案55硬件電路的設計6 5.1 硬件線路6 5.2 工作原理7 5.3 操作時序86. 軟件設計8 6.1 軟件結構8 6.2 程序流程9 6.3 源程序清單97. 系統仿真98. 使

2、用說明109. 設計總結10參考文獻 11附錄 12步進電機的控制1. 設計目的（1） 熟悉單片機編程原理。（2） 熟練掌握51單片機的控制電路和最小系統。（3） 單片機基本應用系統的設計方法。2. 設計的主要內容和要求（1） 查閱資料，了解步進電機的工作原理。（2） 通過單片機給參數控制電機的轉動。（3） 通過按鈕控制啟停及反轉。（4） 其他功能。3題目及要求功能分析步進電機：步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。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，

3、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。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其精度高等特點，廣泛應用于各種工業控制系統中。三相單、雙六拍步進電機的結構和工作原理：三相單、雙六拍步進電機通電方式：這種方式的通電順序是：UUVVVWWWUU或為UUWWWVVVUU。按前一種順序通電，即先接通U相定子繞組；接著是U、V兩相定子繞組同時通電；斷開U相，使V相繞組單獨通電；再使V、W兩相定子繞組同時通電；W相單獨通電；W、U兩相同時通電，并依次循環。這種工作方式下，定子三相繞組需經過六次切換才能完成一個循環，故稱為“六拍”，而“單、雙六拍”

4、則是因為單相繞組與兩相繞組交替接通的通電方式。步進電機的驅動電源步進電機應由專用的驅動電源來供電，由驅動電源和步進電機組成一套伺服裝置來驅動負載工作。步進電機的驅動電源，主要包括邊頻信號源、脈沖分配器和脈沖放大器等三個部分，邊頻信號源是一個頻率從幾十赫茲到幾千赫茲的可連續變化的信號發生器。變頻信號員可以采用多種線路。最常見的有多諧振蕩器和單結晶體管構成的馳張振蕩器兩種。它們都是通過調節電阻和電容的大小來改變電容充放電的時間常數，以達到選取脈沖信號頻率的目的。脈沖分配器是由門電路和雙穩態處發起組成的邏輯電路，它根據指令把脈沖信號按一定的邏輯關系加到放大器上，使步進電機按一定的運行方式運轉。步進電

5、機的釘子繞組可以是任意相數，常有三相制，四相制，五相制，六相制4種。根據轉子結構不同，步進電機分為3種：反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）和混合式步進電機（HB）。其中反應式步進電機結構最為簡單，應用最廣泛。繞組通電方式通常有單排方式、雙拍方式和單雙拍方式3種。通過軟件編程，用單片實現步進電機控制的脈沖分配；實現步進電機的正常工作。根據題目要求，開機后，電機不轉，按下前進，后退，左轉，右轉任意一按鈕，電機按設置的方式轉動，當按下停止按鈕后，電機停止轉動。電機的不同轉速通過設置延時時間常數來確定。延時時間常數越小電機轉速越快.反之越快。4. 設計方案4.1 整體方案 本系統主要是由A

6、T89C51，步進電機控制器ULN2004，步進電機，通過單片機編程，實現步進電機控制的脈沖分配，使電機實現正轉，反轉以及停止等功能。4.2具體實現方案 根據系統要求畫出單片機控制步進電機的控制框圖，見下圖（1）。系統包括單片機、按鍵和步進電機。按 鍵AT89C51單片機驅動電路步 進 電 機(1) 單片機控制步進電機的控制框圖開始通電后，步進電機停止轉動，單片機分別接有按鈕開關K1，K2，K3，K4用來控制步進電機的不同轉向，不同轉速，當按下K1后，電機正轉；當按下K2后，電機反轉，當按下K3，電機停轉。 為實現電機加速，減速，給電機設置不同延時時間常數，根據時間常數的不同，電機轉速不同，延

7、時時間常數越大，電機轉速越慢，延時時間常數越小，電機轉速越快。5硬件電路的設計5.1 硬件線路 根據系統框圖，可以設計出單片機控制步進電機的硬件電路圖，電路圖見附錄圖（2），圖（3），圖（4）為提高部分電52工作原理：單片機的選擇，單片機的種類較多，選擇時應根據控制系統的程序和數據量的大小來確定。由于本系統控制簡單，程序和數據量都不大，因此我們選用89C51單片機，89C51晶振頻率采用12MHZ。外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1:接外部晶體的一個引腳.在單片機內部,它是構成片內振蕩器的反相放大器的輸入端.當采用外部振蕩器時,該引腳接受振蕩器的信號,即把此信號直接接到內部時鐘發生器

8、的輸入端.XTAL2:接外部晶體的另一個引腳.在單片機內部,它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端.采用外部振蕩器時,此引腳應懸浮不連接.單片機外接電路時鐘產生產生和復位電路片內電路與片外器件就構成一個時鐘產生電路，CPU的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片內振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在1.2MHz12MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，其值在5pF30pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF，晶振頻率為12MHz。這樣就確定了單片機的4個周期分別是：振蕩周期1/12； 機器周期（SM）；指令周期。晶振電路如下圖所示。按鍵采用5個功能，前進，后退，左轉，右轉按鍵分

9、別接在單片機的P2.0至P2.4引腳上，用來控制步進電機的轉向，作為控制信號的輸入端鍵，按下不同鍵，電機按要求實現正轉反轉。提高電路圖，則用8個按鍵，K1至K6為設置電機的不同轉速，K7和K8為電機的正轉和反轉。驅動電路，單片機的輸出電流太小，不能直接接與步進電機相連，需要增加驅動電路。對于小直流0.5A的步進電機，可采用ULN2003類的驅動IC。ULN2003的技術參數如下所示最大輸出電壓：50V。最大連續輸出電流：0.5A。最大連續輸入電流：25mA。功率：1W。如下圖（4）為ULN2003系列驅動器的引腳圖，左邊1-7為輸入端，接單片機P1口的輸出端，引腳8接地；左側10-16引腳為輸

10、出端，接步進電機，引腳9接電源5V，該驅動器可提供最高0.5A的電流。 正轉采用1相激磁方式，反轉采用一到倆相激磁方式。5.3 操作時序 按電路圖再Proteus中連接號電路圖，檢查無誤后導入程序，編譯連接后進行仿真。按不同的鍵實現不同的功能。從而控制電機正轉，反轉，停止以及電機以不同的速度轉動。6. 軟件設計 6.1 軟件結構對單片機的P2口設置堆棧，開始時步進電機停轉，按鍵進行掃描，判斷是否有按鍵按下，由于按鍵的時間特性，程序中加入了消抖程序，當判斷按鍵按下時消除按鍵的抖動，按下不通的鍵跳至不同的轉動模塊，調用轉動程序，轉動程序通過查表實現，當執行完之后繼續掃描看是否有按鍵按下，沒有則繼續

11、當前循環，有則跳至相應的模塊。 6.2 程序流程圖附錄（二） 6.3 源程序清單程序采用ASM51匯編語言編寫。附錄（三）7. 系統仿真 連接好電路后，對程序進行裝載編譯連接后，仿真。結果：按下前進按鈕 電機1正轉，電機2反轉 按下后退按鈕 電機1反轉，電機2正轉 按下左轉按鈕 電機1正轉，電機2正轉 按下右轉按鈕 電機1反轉，電機2反轉注：步進電機控制模擬小車的輪子轉動模型。提高要求：按下K7，按下K1時電機正轉且轉速較快，當按下K1至K6不同鍵時，電機的轉速不同，越來越慢。按下K8，按下K1時電機正轉且轉速較快，當按下K1至K6不同鍵時，電機的轉速不同，越來越慢。8. 使用說明 步進電機控

12、制模擬小車使用說明，系統上有5個按鍵，每個按鍵都有不同的功能： 按下前進按鈕，電機1正轉，電機2反轉，小車前進 按下后退按鈕，電機1反轉，電機2正轉，小車后退 按下左轉按鈕，電機1正轉，電機2正轉，小車左轉 按下右轉按鈕，電機1反轉，電機2反轉，小車后退9. 設計總結體會 一周的課設很快的就結束了，本次課設主要以單片機為基礎，用單片機來控制電機的轉動，熟悉單片機的一般搭建電路，熟練掌握了KeilC51集成開發環境的使用方法，進一步加深對單片機常用指令的理解與運用。能夠較熟練的運用protues繪制電路原理圖以及進行仿真。以及keilc51和protues的聯合調試。在課設過程中，使我得到了一次

13、用專業知識、專業技能分析和解決問題、全面系統的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統開發過程，以及常用編程設計思路技巧的掌握方面有了很大的提高。同時在老師的悉心指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，單片機領域對我今后進一步學習計算機方面的知識有極大的幫助，參考文獻：1潘曉寧，朱耀東。單片機程序設計實踐教程2劉海寬，包建華。單片機實驗與實訓教程3楊居義，馬寧。單片機原理與工程應用4胡健，劉玉賓。單片機原理及接口技術實踐教程5韓志軍，劉新民。單片機系統設計與應用實例6朱博，馬鳴鶴。單片機應用技術教程附錄（一）流程圖開 始設 置 堆 棧步進電機停轉按 鍵 掃 描按下QJ

14、按鈕了嘛？按下TZ按鈕了嗎？按下RZ按鈕了嗎？按下HT按鈕了嗎？按下LZ按鈕了嗎？前進模塊后退模塊左轉模塊右轉模塊電機停轉讀取表格輸 出結 束YNYYYYNNNN（3）程序流程圖附錄（二）硬件原理圖 （2）基本電路圖（3）基本電路圖（4）提高電路圖附錄（三）源程序QJ EQU P2.0 ; 前進 HT EQU P2.1 ; 后退 LZ EQU P2.2 ; 左轉 RZ EQU P2.3 ; 右轉 TZ EQU P2.4 ; 停止 OUT EQU P1 ;p1口 輸出;- ORG 40HSTOPS1: ORL OUT,#0FFH ;步進電機停轉LOOP: JNB QJ,ZZ1 ；判斷是否按下前進

15、按鈕 JNB HT,FZ1 JNB LZ,LZ1 JNB RZ,RZ1 JNB TZ,STOPS JMP LOOP ；循環;-ZZUAN: MOV R0,#00H ; 前進-1正轉 ，2反轉；制表初值ZZUAN1: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB ；表指針 MOVC A,A+DPTR ；取表代碼 JZ ZZUAN ；是否取到結束碼？ ;CPL A MOV OUT,A ；從P1輸出，前進 JNB HT,FZ1 JNB LZ,LZ1 JNB RZ,RZ1 JNB TZ,STOPS CALL DELAY ；步進電機轉速 INC R0 ；取下一個碼 JMP ZZUAN1;-FZUAN:

16、MOV R0,#05H ; 后退-2正轉 ，1反轉FZUAN1: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR JZ FZUAN ;CPL A MOV OUT,A JNB QJ,ZZ1 JNB LZ,LZ1 JNB RZ,RZ1 JNB TZ,STOPS CALL DELAY INC R0 JMP FZUAN1;-ZZ1: CALL DELAY ;鍵盤去干擾；按前進按鈕消除抖動 JNB QJ,$ ；放開了前進按鈕嗎？ CALL DELAY ；放開消除抖動 JMP ZZUAN ；步進電機正轉FZ1: CALL DELAY JNB HT,$ CALL DELAY JMP

17、 FZUANLZ1: CALL DELAY JNB LZ,$ CALL DELAY JMP LZUANRZ1: CALL DELAY JNB RZ,$ CALL DELAY AJMP RZUANSTOPS: CALL DELAY JNB TZ,$ CALL DELAY JMP STOPS1;-LZUAN: MOV R0,#0AH ;左轉-1，2正轉LZUAN1: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR JZ LZUAN ;CPL A MOV OUT,A JNB QJ,ZZ1 JNB HT,FZ1 JNB RZ,RZ1 JNB TZ,STOPS CALL DELAY INC R0 JMP LZUAN1;-RZUAN: MOV R0,#0fH ;右轉-1，2反轉RZUAN1: MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR JZ RZUAN ;CPL A MOV OUT,A JNB QJ,ZZ1 JNB HT,FZ1 JNB LZ,LZ1 JNB TZ,STOPS CALL DELAY INC R0 JMP RZUAN1;-DELAY: MOV R1,#255 ;延時D