PAGE新疆農業大學機械交通學院《單片機技術與應用》課程設計說明書題目：專業班級：電氣工程及其自動化104班學號：學生姓名：指導教師：時間：2013年6月目錄一、設計目的 1二、設計內容 1三、設計步驟 11．硬件電路設計 11.1．硬件電路組成框圖 11.2．各單元電路及工作原理 21.3.繪制原理圖 51.4.元件計算 51.5.元件清單列表 62.程序設計 62.1繪制程序流程圖 62.2匯編程序 8四、調試與仿真 9五、硬件調試結果 11六、心得體會 13謝辭 14參考文獻： 15PAGE15步進電動機的正反轉控制電路設計一、設計目的通過課程設計，培養學生運用已學知識解決實際問題的能力、查閱資料的能力、自學能力和獨立分析問題、解決問題的能力和能通過獨立思考。二、設計內容采用80C51單片機對步進電機進行控制，通過IO口輸出的具有時序的方波作為步進電機的控制信號，控制步進電機實現正轉，反轉。用按鈕開關控制步進電機的轉向，設兩個開關其中一個按鈕被按下時步進電機正轉另一個按鈕被按下時，則步進電機反轉。用數碼管顯示步進電機的轉動方向，當電機正轉時數碼管顯示CC，反轉時顯示AA。三、設計步驟1．硬件電路設計1.1．硬件電路組成框圖因為步進電機的控制是通過脈沖信號來控制的，將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。所以怎樣產生這個脈沖信號和產生怎樣的信號是電機控制的關鍵。用軟件控制單片機產生脈沖信號，通過單片機的P1口輸出脈沖信號，因為所選電機是兩相的，所以只需要P1口的低四位P1.0~P1.3分別接到電機的四根電線上。可以通過調整輸出脈沖的頻率來調整電機的轉速，通過改變輸入脈沖的順序來改變轉動方向，P0口接LED數碼管，可以顯示當前的電機轉速和轉向，設置復位鍵可使正在轉動的電機停止轉動，大概可分為如下圖所示的幾部分。p0.0~p0.7p0.0~p0.7AT89C51單片機p2.0~p2.3p1.0~p1.3p3.0~p3.4四位數碼顯示管控制按鍵復位部分步進電機驅動部分外部晶振電路圖1系統方框圖1.2．各單元電路及工作原理1.檢測電路檢測電路是仿真電路中用于檢測80c51單片機是否正常工作的電路，由發光二極管和電阻組成，如圖：圖2檢測電路2.系統復位電路復位是單片機的初始化操作，只要給RESET引腳加上2個機器周期以上的高電平信號，即可使單片機復位。除了進入系統的正常初始化之外，當程序運行出錯或是操作錯誤使系統處于死鎖狀態時，為了擺脫死鎖狀態，也需要按復位鍵重新復位。在系統中，為了實現上述的兩項功能，采用常用的按鍵電平復位電路，這樣復位鍵有復位和停止兩個功能，如圖所示。圖3系統復位電路從圖中可以看出，當系統得到工作電壓的時候，復位電路工作在上電自動復位狀態，通過外部復位電路的電容充電來實現，只要Vcc的上升時間不超過1ms就可以實現自動上電復位功能。在本系統中，采用10uF的電容和10kΩ的電阻來實現復位電路。當系統出錯時，直接按開關實現模擬系統上電復位的功能，從而實現系統重新復位啟動。3.系統的時鐘電路時鐘電路是用于產生單片機工作時所必需的時鐘信號。時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準的，有條不紊地一拍一拍地工作。時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機系統的穩定性。在本系統中采用外部時鐘方式的電路，如圖所示：圖4系統的時鐘電路在本設計中的電容C1、C2典型值為30±10pF。外接代內容的值雖然沒有嚴格的要求，但是電容的大小會影響振蕩器的穩定性和起振的快速性。同時，在系統中采用12MHz的晶體振蕩器來產生時鐘脈沖。這樣可以滿足系統在設計時的機器周期的需要。4.電機驅動電路由單片機直接輸出的脈沖不足以驅動步進電機正常工作所以需要驅動電路給步進電機提供電源，在本設計中采用型號為ULN2003A的芯片，使步進電機正常工作。驅動信號由P1口的P1.0~P1.3輸出，分別與驅動芯片的B1~B4相連，電路如下圖所示：圖5電機驅動電路5.顯示電路顯示電路采用四位LED數碼管顯示，在本設計中采用的型號是HSN-3643S,顯示控制字由P0口輸出，P0.0~P0.7分別與數碼管的A、B、C、D、E、F、G、dp連接，位控制口由P2口的P2.0~P2.3輸出，分別與數碼管的1、2、3、4連接。電路如圖所示：圖6顯示電路6.電路開關通過單刀單擲開關控制電動機的正反轉，電路如圖：圖7電路開關1.3.繪制原理圖圖8原理圖1.4.元件計算石英的選擇石英晶體頻率的范圍為1.2~12MHZ，常用6MHZ、11.0592MHZ或12MHZ。通常，電容C1和C2的值在5~30pF之間選擇，電容的大小可起微調頻率的作用。所以選用石英晶體頻率為12MHZ，電容C1和C2的值為30pF。檢測電路的選擇發光二極管的管壓降為2V,電流為10mA,電阻的選擇：R=(5-2)/0.01=300Ω1.5.元件清單列表名稱型號個數備注80C51單片機AT80C51*1LED顯示屏HSN-3643S（共陰四位）*1電容30pf*2ULN2003A芯片ULN2003A*1電阻10kΩ100Ω*12*1開關單刀單擲開關*2步進電機四相步進電機電機*1晶振12MHz的晶體振蕩器*1導線導線若干2.程序設計2.1繪制程序流程圖主程序需具備的功能，要不斷掃描P3口并判斷K1和K2是否閉合，并能根據其電平高低，輸出不同的控制脈沖，并調用顯示子程序顯示方向。主程序主程序初始化程序逆序輸出脈沖K2閉合？K1閉合？正序輸出脈沖調用顯示子程序1調用顯示子程序2NYNY圖9主程序設計流程圖顯示正反轉顯示正反轉輸出位控制字返回主程序調用延時子程序正轉顯示輸出斷碼控制字反轉顯示置初始值置初始值圖10子程序流程圖2.2匯編程序系統主程序：ORG00HSTART:MOVR0,#03HMOVR4,#00HMOVP1,#03HWAIT:MOVP1,R0;初始角度,0度MOVP3,#0FFHJNBP3.0,POS;判斷鍵盤狀態JNBP3.1,NEGSJMPWAITJUST:JBP3.1,NEG;首次按鍵處理POS:MOVA,R4;正轉9度MOVDPTR,#TAB1 MOVCA,@A+DPTRMOVP1,AACALLDIRINCR4AJMPKEYNEG:MOVR4,#6MOVDPTR,#TAB1;反轉9度MOVA,R4MOVCA,@A+DPTRMOVP1,AACALLDIRFAJMPKEYKEY:MOVP3,#03H;讀鍵盤情況MOVA,P1JBP3.0,FZ1jb小于跳轉CJNER4,#08H,LOOPZ;r4和08h比較大于跳轉MOVR4,#00HLOOPZ:MOVA,R4MOVDPTR,#TAB1MOVCA,@A+DPTRMOVP1,A;輸出控制脈沖ACALLDIR;程序延時INCR4;地址加1AJMPKEYFZ1:JBP3.1,KEYCJNER4,#255,LOOPF;是結束標志MOVR4,#07HLOOPF:DECR4自減MOVA,R4 MOVDPTR,#TAB1MOVCA,@A+DPTRMOVP1,A;輸出控制脈沖ACALLDIRF;程序延時AJMPKEYTAB1:DB02H,06H,04H,0CHDB08H,09H,01H,03H;正轉模型資料顯示子程序：DIR:MOVDPTR,#TABL1;正轉顯示AJMPDIR1DIRF:MOVDPTR,#TABL2；反轉顯示DIR1:MOVR1,#00HMOVR2,#04H MOVR3,#0F7HDIR2:MOVA,R1 MOVCA,@A+DPTR MOVP0,AMOVA,R3 MOVP2,A RRA MOVR3,A INCR1 ACALLDELY DJNZR2,DIR2 RETDELY:MOVR6,#20H；延時D1:MOVR7,#56HLOOP:DJNZR7,LOOP DJNZR6,D1 RETTABL1:DB06H,06H,06H,00H；正轉TABL2:DB06H,06H,06H,40H；反轉 END四、調試與仿真繪制完電路圖后，將編好的程序輸入軟件內檢查所編程序是否正確，檢查程序無誤后裝入單片機內，進行防真。首先工作的是檢測電路，發光二極管亮5秒，說明單片機80C51是正常的。如圖：圖11檢測電路工作令反轉鍵K1閉合，步進電動機反轉工作，數碼管顯示AA,如圖：圖12步進電動機反轉在反轉時，如果按下復位鍵，電機會停止轉動，數碼管也將不顯示轉向，發光二極管。正轉鍵K2閉合