大學畢業(yè)設計 C51程序控制步進電機

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1、 題 目: 簡易步進電機控制 步進電機控制 摘要：本設計采用ATMEL公司DIP—40封裝的AT89S52單片機實現(xiàn)對四相步進電機的手動和按鍵控制。由單片機產生的脈沖信號經過分配后分解出對應的四相脈沖，分解出的四相脈沖經驅動電路功率放大后驅動步進電機的轉動.轉速的調節(jié)和狀態(tài)的改變由按鍵進行選擇，此過程由程序直接進行控制.通過鍵盤掃描把選擇的信息反饋給單片機，單片機根據(jù)反饋信息做出相應的判斷并改變輸出脈沖的頻率或轉動狀態(tài)信號。電機轉動的不同狀

2、態(tài)由液晶LCD1602顯示出來。而設計的擴展部分可以通過紅外信號的發(fā)射由另一塊單片機和紅外線LED完成，用紅外萬能接收頭接收紅外信號,可以實現(xiàn)對電機的控制進行紅外遙控. 　關鍵字:四相步進電機 單片機 功率放大 LCD1602 目錄 步進電機控制…………………………………………………………………1 摘要……………………………………………………………………………1 關鍵字…………………………………………………………………………1 前言………………………………………………………………………………3 1系統(tǒng)總體方案設計及硬件設計…

3、…………………………………………4 1。1步進電機……………………………………………………………………4 1.1。1 步進電機的種類………………………………………………………4 1。1.2步進電機的特點………………………………………………………4 1.1。3 步進電機的原理………………………………………………………5 1。2控制系統(tǒng)電路設計…………………………………………………………7 1.3 液晶顯示LCD1602…………………………………………………………7 1。4 AT89S52核心部件及系統(tǒng)SCH原理圖……………………………………9 1。5LN2003A驅動………………

4、………………………………………………10 2軟件設計及調試………………………………………………………………13 2。1程序流程…………………………………………………………………13 2.2軟件設計及調試 …………………………………………………………14 3 擴展功能說明…………………………………………………………………15 4設計總結………………………………………………………………………16 5 設計源程序……………………………………………………………………16 6 附錄……………………………………………………………………………21 參考文獻………………………………………………

5、…………………………22 附2：系統(tǒng)原理圖及實物圖…………………………………………………23 前言 步進電機廣泛應用于對精度要求比較高的運動控制系統(tǒng)中,如機器人、打印機、軟盤驅動器、繪圖儀、機械閥門控制器等。目前,對步進電機的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器體積比較大，同時由于分散器件的延時,其可靠性大大降低；軟件環(huán)形分配器要占用主機的運行時間,降低了速度;專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器集成度高、可靠性好，但其適應性受到限制，同時開發(fā)周期長、需求費用較高。步進電機是微特電機的一種，其作為執(zhí)行元件，

6、是機電一體化的關鍵產品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中.隨著微電子和計算機技術的發(fā)展,步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用.同時步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應的角位移（或線位移）的電磁裝置，是一種特殊的電動機。一般電動機都是連續(xù)轉動的,而步進電動機則有定位和運轉兩種基本狀態(tài)，當有脈沖輸入肘步進電動機一步一步地轉動，每給它一個脈沖信號，它就轉過一定的角度.步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉角、轉速及轉動方向。在沒有脈沖輸入時,在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉子保

7、持原有位置于定位狀態(tài)。步進電機以廣泛應用在生產實踐的各個領域。它最大的應用是在數(shù)控機床的制造中，因為步進電機不需要A/D轉換,能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉化成為角位移，所以被認為是理想的數(shù)控機床的執(zhí)行元件。早期的步進電機輸出轉矩比較小，無法滿足需要，在使用中和液壓扭矩放大器一同組成液壓脈沖馬達.隨著步進電動機技術的發(fā)展，步進電動機已經能夠單獨在系統(tǒng)上進行使用，成為了不可替代的執(zhí)行元件。除了在數(shù)控機床上的應用，步進電機也可以并用在其他的機械上，比如作為自動送料機中的馬達,作為通用的軟盤驅動器的馬達，也可以應用在打印機和繪圖儀中。伴隨著不同的數(shù)字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更

8、多的領域得到應用。 1系統(tǒng)總體方案設計及硬件設計 本設計系統(tǒng)中主要圍繞AT89S52以實現(xiàn)四相步進電機的轉動控制（步進電機正轉、反轉以及轉動速度)以及液晶LCD1602的顯示為目的： 1.1步進電機 步進電機是數(shù)字控制電機,它將脈沖信號轉變成角位移,即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度，因此非常適合于單片機控制。步進電機可分為反應式步進電機（VR)、永磁式步進電機(PM）和混合式步進電機（HB）。 步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的,即電機的總轉動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。 步進電機的驅動電路

9、根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產生.其基本原理作用如下: (1）控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：混合式步進電機的工作方式，其各相通電順序為A-B—C—D,通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A，B,C,D相的通斷，這就是所謂脈沖環(huán)形分配器.（2）控制步進電機的轉向 如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉，如果按反序通電換相，則電機就反轉.（3）控制步進電機的速度 如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一步,再發(fā)一個脈沖,它會再轉一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。 1。1。1 步進電機的種類 步進電機分永磁式（PM）、反應式（VR）、和混合式(HB）

10、三種.永磁式步進一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉矩輸出,步進角一般為1。5度,但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1。8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。 1.1。2 步進電機的特點 1．精度高 一般的步進電機的精度為步進角的3-5％，且不累積?？稍趯拸V的頻率范圍內通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調速，快速起停、正反 轉控制及制動等,這是步進電動機最突出的優(yōu)點 2．過載性好其轉速不受負載大小的影響，不像普通電機,當

11、負載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進電機使用在對速度和位置都有嚴格要求的場合; 3．控制方便步進電機是以“步”為單位旋轉的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計算機控制帶來了很大的方便，反過來，計算機的出現(xiàn)也為步進電機開辟了更為廣闊的使用市場； 4．整機結構簡單傳統(tǒng)的機械速度和位置控制結構比較復雜，調整困難,使用步進電機后，使得整機的結構變得簡單和緊湊. 1.1.3 步進電機的原理 圖1是一種四相可變磁阻型的步進電機結構示意圖。這種電機定子上有八個凸齒，每一個齒上有一個線圈。線圈繞組的連接方式,是對稱齒上的兩個線圈進行反相連接，如圖中所示.八個齒構成四對，所以稱為四相步進電機。

12、 圖1 它的工作過程是這樣的：當有一相繞組被激勵時，磁通從正相齒，經過軟鐵芯的轉子，并以最短的路徑流向負相齒，而其他六個凸齒并無磁通。為使磁通路徑最短，在磁場力的作用下，轉子被強迫移動，使最近的一對齒與被激勵的一相對準。在圖1(a）中A相是被激勵，轉子上大箭頭所指向的那個齒,與正向的A齒對準.從這個位置再對B相進行激勵，如圖1中的(b），轉子向反時針轉過15°。若是D相被激勵，如圖1中的(c)，則轉子為順時針轉過15°。下一步是C相被激勵。因為C相有兩種可能性:A—B-C—D或A—D-C—B.一種為反時針轉動;另一種為順時針轉動。但每步都使轉子轉動15°

13、.電機步長（步距角)是步進電機的主要性能指標之一，不同的應用場合,對步長大小的要求不同。改變控制繞組數(shù)(相數(shù))或極數(shù)(轉子齒數(shù))，可以改變步長的大小。它們之間的相互關系,可由下式計算： Lθ＝360 P×N 式中：Lθ為步長;P為相數(shù);N為轉子齒數(shù)。在圖1中,步長為15°，表示電機轉一圈需要24步. 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動。圖1是該四相反應式步進電機工作原理示意圖?！　? 圖2 四相步進電機步進示意圖　　 開始時，開關SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉子0、3號

14、齒對齊，同時,轉子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產生錯齒。　　當開關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,使轉子轉動,1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉子會沿著A、B、C、D方向轉動?！　∷南嗖竭M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

15、轉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3。a、b、c所示:　　 　　a. 單四拍 b。 雙四拍 c八拍　　圖3。步進電機工作時序波形圖 對步進電機四個繞組依次實現(xiàn)如下方式的循環(huán)通電控制： 　 單四拍運行：正轉A-B—C—D；反轉D-C-B—A 雙四拍運行：正轉AB—BC-CD-DA；反轉DC—CB—BA—AD 單雙八拍運行：正轉A-AB-B—BC—C-CD—D—DA 1.2 控制系統(tǒng)電路設計 步進電機控制設計采用AT89S52單片機作為控制機構的核心（如圖4）。通過對鍵盤的輸入與操作實現(xiàn)對步進電機的控制。當電源開通

16、的時候，步進電機就會按照默認設置的轉速方式轉動。步進電機的正反轉及轉速由按鍵控制選擇，當按鍵按下，步進電機實現(xiàn)正轉或反轉及加速或減速狀態(tài)。 AT89S52 單片機 獨立按鍵鍵盤 步進電機驅動 LCD1602顯示 揚聲器（擴展) 紅外發(fā)射電路(擴展） 時鐘和復位電路 圖7 控制系統(tǒng) 1。3液晶顯示LCD1602 液晶LCD-1602說明: 1。簡介 工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符.（16列2行） 注:為了表示的方便 ,后文皆以1表示高電平,0表示低電平。 2.管腳功能 1602采用標準的16腳接口

17、,其中: 第1腳：VSS為電源地 第2腳：VDD接5V電源正極 第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高(對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度)。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。 第5腳:RW為讀寫信號線,高電平(1)時進行讀操作,低電平(0）時進行寫操作. 第6腳:E（或EN)端為使能（enable）端. 第7～14腳:D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。 3.操作

18、控制 操作控制表 3。1操作 讀狀態(tài) 寫指令 讀數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù) 3。2輸入 RS=0,RW=1，E=1 RS=0，RW=0， D0-7=指令碼，E=H脈沖 RS=1，RW=1,E=1 RS=1,RW=0， D0-7=數(shù)據(jù)，E=H脈沖 注:關于E=H脈沖—-開始時初始化E為0，然后置E為1，脈沖大于0.5us，下降沿有效. 4.字符集 1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每

19、一個字符都有一個固定的代碼,比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來,我們就能看到字母“A”. 因為1602識別的是ASCII碼,試驗可以用ASCII碼直接賦值,在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值,如’A’。 以下是1602的16進制ASCII碼表地址： 讀的時候，先讀左邊那列,再讀上面那行，如：感嘆號！的ASCII為0x21,字母B的ASCII為0x42（前面加0x表示十六進制）。 ［編輯本段]指令集 1602通過D0-D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。 顯示模式設置： (初始化） 0011 0000

20、 [0x38] 設置16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口; 顯示開關及光標設置: （初始化） 0000 1DCB D顯示(1有效）、C光標顯示（1有效)、B光標閃爍（1有效) 0000 01NS N=1(讀或寫一個字符后地址指針加1 &光標加1)， N=0(讀或寫一個字符后地址指針減1 ＆光標減1）， S=1 且 N=1 （當寫一個字符后，整屏顯示左移） s=0 當寫一個字符后,整屏顯示不移動 數(shù)據(jù)指針設置： 數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼（0—27H，40—67H） 其他設置： （01H（顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0,所有

21、顯示=0);02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。 圖8 液晶LCD1602 1。4 AT89S52核心部件及系統(tǒng)SCH原理圖AT89S52單片機功能特性描述:AT89S52 是美國 ATMEL 公司生產的低功耗、高性能 CMOS8 位單片機,片內含 8k bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序 存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲器 既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中，ATMEL 公司的功能強大，低價位 AT89S51 單片機可以提供許多高

22、性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器.在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash,使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器/計數(shù)器，一個6

23、向量 2級中斷結構，全雙工串行口片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式.空閑模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作.掉電保護方式下，RAM內容被保存,振蕩器被凍結,單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 圖9SCH原理框圖 1。5LN2003A驅動 ULN2003的內部結構和功能ULN是集成達林頓管IC，內部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅動繼電器。它是雙列16腳封裝，NPN晶體管矩陣,最大驅動電壓=50V，電流=500mA，輸入電壓=5V,適用于TTL COMS，由達

24、林頓管組成驅動電路. ULN是集成達林頓管IC，內部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管,它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。用戶輸出口的外接負載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出,輸出電流大，故可直接驅動繼電器或固體繼電器，也可直接驅動低壓燈泡。通常單片機驅動ULN2003時，上拉2K的電阻較為合適，同時，COM引腳應該懸空或接電源。ULN2003是一個非門電路，包含7個單元,但獨每個單元驅動電流最大可達350mA。資料的最后有引用電路，9腳可以懸空。 比如1腳輸入，16腳輸出，你的負載接在VCC與16腳之間,不用9腳。uln2003

25、的作用：ULN2003是大電流驅動陣列,多用于單片機、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域寗永^電器等負載。輸入5VTTL電平，輸出可達500mA/50V。ULN2003是高耐壓、大電流達林頓陳列,由七個硅NPN達林頓管組成。 該電路的特點如下： ULN2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個2。7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路 直接相連,可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器。 ULN2003 是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點,適應于各類要求高速大功率驅動的系統(tǒng)。

26、 圖10 ULN2003A引腳圖及功能 ULN2003 是高耐壓、大電流、內部由七個硅NPN 達林頓管組成的驅動芯片。 經常在以下電路中使用，作為： 1、顯示驅動 2、繼電器驅動 3、照明燈驅動 4、電磁閥驅動 5、伺服電機、步進電機驅動等電路中。 ULN2003 的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻，在5V 的工作電壓下它 能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。 ULN2003 工作電壓高,工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關態(tài)時承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。 ULN2003

27、 的封裝采用DIP-16 或SOP—16 ULN2003A在各種控制電路中常用它作為驅動繼電器的芯片,其芯片內部做了一個消線圈反電動勢的二極管.ULN2003的輸出端允許通過IC 電流200mA,飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。輸出電流大，故可以直接驅動繼電器或固體繼電器（SSR)等外接控制器件，也可直接驅動低壓燈泡. ULN2003可以驅動7個繼電器,具有高電壓輸出特性，并帶有共陰極的續(xù)流二極管使器件可用于開關型感性負載。每對達林頓管的額定集電極電流是500mA，達林頓對管還可并聯(lián)使用以達到更高的輸出電流能力. ULN2003A中每對達林頓管的基極都串聯(lián)有一個

28、2.7kΩ的電阻，可直接與TTL或5V CMOS器件連接. ULN2003可以并聯(lián)使用，在相應的OC輸出管腳上串聯(lián)幾個歐姆的均流電阻后再并聯(lián)使用，防止陣列電流不平衡。 2. 在輸入口輸入高電平時﹐輸出口為低電平﹐但是在輸入端輸入低電平時﹐輸出端怎么還是低電平？ ULN2003A的輸出結構是集電極開路的，所以要在輸出端接一個上拉電阻，在輸入低電平的時候輸出才是高電平。在驅動負載的時候,電流是由電源通過負載灌入ULN2003A的. 圖11 ULN2003A驅動電路圖 ULN2003一般用來驅動大電流的裝置，如繼電器，LED燈等，在驅

29、動繼電器這種裝置時，COM端最好接上電源,以用來泄放繼電器線圈的反向電動勢.顯示電路主要包括大型LED數(shù)碼管BSI20—1（共陽極,數(shù)字凈高12 cm）和高電壓大電流驅動器ULN2003，大型LED數(shù)碼管的每段是由多個LED發(fā)光二極管串并聯(lián)而成的，因此導通電流大、導通壓降高。ULN2003是高壓大電流達林頓晶體管陣列電路,他具有7個獨立的反相驅動器，每個驅動器的輸出灌電流可達500 mA，導通時輸出電壓約1 V，截止時輸出電壓可達50 V。ULN2003的1~7腳為信號輸入腳，依次對應的輸出端為16~10腳，8腳為接地端。當驅動電源電壓為+12 V時，若要求數(shù)碼管每段導通電流為40 mA，則每

30、段的限流電阻為50Ω。則一塊ULN2003恰好驅動一個LED數(shù)碼管的7段。大數(shù)碼管采用共陽極接法，低電平有效。鎖存器輸出的電平經NPN三極管9014反相后，再由ULN2003放大后推動大數(shù)碼管顯示。 2 軟件設計及調試 2。1 程序流程 LCD初始 工作方式設置 顯示狀態(tài)設置 清屏 輸入方式設置 返回 LCD初始化 光標定位 顯示字符 結束 開始 圖12 LCD初始化流程圖 圖13 液晶顯示控制程序流程圖 開始 LCD初始化 LCD1602顯示字設定 定時器初值設定（設定按鍵

31、） 判斷LCD是否可寫入 LCD液晶顯示 單片機P0.1-P0.3延時脈沖斬波輸出 返回 定時器T0定時中斷按鍵 定時器T1定時中斷按鍵 外部T0計數(shù)中斷按鍵 外部T1計數(shù)中斷按鍵 P2.3=1 P1=0x01清屏 P2.3=0 P1=0x01清屏 RunSpeed-2 RunSpeed+2 DoSpeed液晶顯示的速度計算后清屏 返回 C51庫調用 C語言各函數(shù)設置及定義 圖14 程序總流程 2.2 軟件設計及調試 軟件設計：根據(jù)要求，可以將程序分為以下幾個部份: （1） 鍵盤輸入程序設計 本系統(tǒng)使用的鍵盤較少且比較特殊，因此采用獨立

32、式鍵盤（定時器定時內部T0、T1中斷及外部計數(shù)T0、T1中斷）接口設計。獨立式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較少的場合。獨立鍵盤工作原理：通過上拉電阻接到+5V上。無按鍵，處于高電平狀態(tài),有鍵按下電平為低。在消除抖動影響上是可以采用了軟件消抖方法:在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時子程序后(約10ms)，再確認電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平，則確認真正有鍵按下，進行相應處理工作,消除了抖動的影響。 (2） 步進電機運行步數(shù)控制程序 此方案采用單相和雙相交差通電處理方式。此方法具有運行速度穩(wěn)定,運行步數(shù)準確無誤等優(yōu)點. 調試：本電路經調試符合題目要求，各項技術指標均達到設計的

33、目的.具體操作控制方法如下： (1）步進電機正轉既此時液晶顯示CW：RUN STATE:CW 。 （2）步進電機反轉即液晶顯示：RUN STATE：CCW 。 (3）步進電機加速按鍵：步進電機轉速加快且顯示的轉速加大 （4）步進電機減速按鍵：液晶顯示速度變小 電機轉速減慢。 3 擴展功能說明 通過紅外信號的發(fā)射由另一塊單片機和紅外線LED完成,用紅外萬能接收頭接收紅外信號，可以實現(xiàn)對電機的控制進行紅外遙控。 本電路設計包括max232接口通信電路，可以通過串口線直接與電腦相連接?？衫肞C機強大功能編寫PC軟件來控制、驗證、改善控制系統(tǒng)性能.利用以有的單片機系統(tǒng)，作為下位機,選

34、用一臺微機作為上位機，可以用VB 語言編寫一個系統(tǒng)軟件，這樣可以基于PC的控制系統(tǒng)提高電機的控制功能。由于聯(lián)動插補算法較復雜，有大量浮點運算,對實時性要求又較高，選用PC來完成插補運算和數(shù)值運算.同時可利用豐富的PC軟件來改善控制系統(tǒng)的圖形顯示、動態(tài)仿真、編程和診斷功能。這樣更有利于操作,大大提高步進電機運行的可靠性.另外電路中還增加了與電機同步的脈沖輸出和方向控制電路（OC輸出)，可以方便的與專用的步進電機驅動器相聯(lián)接. 4 設計總結 步進電機可在寬廣的頻率范圍內通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調速，快速起停、正反 轉控制及制動等，這是步進電動機最突出的優(yōu)點.步進電機的性能在很大程度上取決于步進電

35、機控制系統(tǒng)，而步進電機控制系統(tǒng)由步進電機控制器、驅動器、系統(tǒng)軟件等幾部分組成,控制系統(tǒng)的每一部分對步進電機的運行性能息息相關.一臺好的步進電機控制器就能體現(xiàn)出步進機在控制方面上的優(yōu)越性能。所以我選擇這樣的畢業(yè)設計課題，并且能通過此次設計來提高自己軟件編制和硬件電路設計的能力。在我完成這次畢業(yè)設計的過程中，當看到自己將專業(yè)知識用于解決實際的問題時，那份成就感和喜悅感是難以形容的。但是,在實際的編程以及調試程序過程中，我發(fā)現(xiàn)自己所應該學的太多太多。光靠自己在書本上所學過的這點知識是遠遠不夠的，真正地認識到了工作就是學習的道理。采用此設計的步進電機驅動系統(tǒng)，在驅動二相或四相混合式步進電機時運動平穩(wěn)，

36、速度快,噪音低，控制精高,而且可選整步半步驅動。外觀采用鋁鎂合金,散熱性好，價格低廉,可廣泛應用于需要驅動電流小于2A的混合式兩相或四相步進電機的系統(tǒng)中。 5 設計源程序（清單) #include "reg51。h" int delay()； //判斷LCD是否可以寫入即忙否（P1.7) void inti_lcd()； //液晶LCD1602初始化 void show_lcd(int）; //液晶讀顯示 void cmd_wr（); //LCD寫控制程序 void ShowState（)； //LCD狀態(tài)顯示即速度顯示

37、void clock(unsigned int Delay) ； //延時程序 void DoSpeed(）; //計算速度 void motor_CCW(）； //電機正轉 void motor_CW（); //電機反轉 void key（)； //固定檔位按鍵 #define uchar unsigned char //無符號字符定義 uchar code CW［4]=｛0x01，0x02，0x04,0x08｝； //正轉表 uchar code CCW[4]=｛0x08,0x04,0x02,0

38、x01｝； //反轉表 #define RIGHT_RUN 1 //正轉值 #define LEFT_RUN 0 //反轉值 sbit RS=0xA0; sbit RW=0xA1; sbit E=0xA2； //LCD1602RS RW E腳分別接于P2。0 P2。1 P2。2 sbit P0_0=P0^0； sbit P0_1=P0^1; sbit P0_2=P0^2； sbit P0_3=P0^3; sbit P2_3=P2^3; sbit P1_7=P1^7； sbit P3_0=

39、P3^0; //單片機的管腳定義 ＃define sfr P1=0x90； ＃define sfr P0=0x80； //寄存器定義 char SpeedChar［］=”SPEED(n/min）：”； char StateChar[]=”RUNSTATE："; char STATE_CW［]=”CW"； char STATE_CCW［]=”CCW”； //顯示數(shù)組 char SPEED［3］="050”; //初始速度設定 unsigned int

40、RunSpeed=50； //初始速度值 unsigned char RunState=RIGHT_RUN; //運行狀態(tài) main（） //主程序 ｛ /*定時器設置＊/ TMOD=0x66; //定時器0，1都為計數(shù)方式；方式2； EA=1； //開總中斷開啟 TH0=0xff； //定時器T0初值FFH； TL0=0xff； ET0=1; //T0中斷開啟 TR0=1; //定時器T0開啟 TH1=0xff; //定時器T1初值FFH； TL1=0xff； ET1=1；

41、 TR1=1; //T1中斷開啟 IT0=1； //脈沖方式 EX0=1； //開外部中斷0:加速 IT1=1; //脈沖方式 EX1=1; //開外部中斷1:減速 inti_lcd（）； DoSpeed（）; ShowState（)； while(1） { if(P2_3==1） motor_CW（)； //電機正轉 else if（P2_3==0) motor_CCW(）; //電機反轉 ｝ } /＊步進電

42、機正轉 /*＊*＊＊＊＊＊＊*****＊*＊＊****＊＊＊*＊*＊*＊＊＊＊**＊***＊＊＊＊**＊＊＊**＊***＊/ void motor_CW(） ｛ uchar i; ｛ for (i=0； i<4； i++） //一個周期轉30度 { P0 = CW［i]； //取數(shù) clock(RunSpeed);// 脈沖延時 } ｝ ｝ /＊步進電機反轉 /**＊＊****＊＊**＊*＊＊＊**＊＊*＊＊**＊＊＊*＊*＊＊**＊＊*＊＊****＊＊＊*＊＊****＊/ void motor_CCW（)

43、 { uchar j; ｛ for （j=0; j<4； j++) //一個周期轉30度 ｛ P0 =CCW［j］； //取數(shù)據(jù) clock（RunSpeed）；// 脈沖延時 ｝ ｝ ｝ //定時器0中斷程序:正轉 void t_0(void） interrupt 1 { RunState=RIGHT_RUN； P2_3=1; P1=0x01; //清屏 cmd_wr（)； ShowState（); } //定時器1中斷:反轉 void t_1

44、（void） interrupt 3 { RunState=LEFT_RUN; P2_3=0； P1=0x01; cmd_wr(); ShowState（); ｝ //中斷0：加速程序 void SpeedUp（） interrupt 0 ｛ if(RunSpeed〉=12） RunSpeed=RunSpeed-2； DoSpeed（）； P1=0x01; cmd_wr（）； ShowState（); }

45、//中斷1:減速程序 void SpeedDowm（） interrupt 2 ｛ if（RunSpeed<=100） RunSpeed=RunSpeed+2; DoSpeed(）; P1=0x01; cmd_wr()； ShowState（); } void key（） ｛ if（P3_0==0） RunSpeed=70; DoSpeed（）; P1=0x01； cmd_wr()； ShowState（); } int delay

46、(） //判斷LCD是否忙 ｛ int a; start： RS=0; RW=1； E=0； for(a=0;a〈2；a++)； E=1; P1=0xff； if（P1_7==0） return 0; else goto start； } void inti_lcd（) //設置LCD方式 ｛ P1=0x38； //液晶模式設置 cmd_wr（）； //寫命令 delay（);

47、 P1=0x01; //清除 cmd_wr(）； delay（); P1=0x0f； //光標,顯示開啟 cmd_wr()； delay（)； P1=0x06; cmd_wr(）； delay()； P1=0x0c; cmd_wr(); delay(）; ｝ void cmd_wr（) //寫控制字 ｛ RS=0; RW=0； E=0； E=1; } void show_lcd（int i) //LCD顯示子程序

48、｛ P1=i; //將數(shù)據(jù)經P1口送入液晶顯示 RS=1； RW=0； E=0; E=1; } void ShowState() //顯示狀態(tài)與速度 ｛ int i=0； while(SpeedChar［i]！='\0’） ｛ delay（)； show_lcd（SpeedChar［i]）; i++; } delay（)； P1=0x80 ｜ 0x0d； cmd_wr（）； i=0； w

49、hile（SPEED［i]！='\0’) { delay（）; show_lcd（SPEED[i］); i++； ｝ delay()； P1=0xC0； cmd_wr（）； i=0; while（StateChar［i]!=’\0') { delay(）; show_lcd(StateChar［i］)； i++; ｝ delay()； P1=0xC0 ｜ 0x0A；

50、 cmd_wr(）； i=0; if（RunState==RIGHT_RUN) while（STATE_CW[i]!=’\0'） { delay（）； show_lcd（STATE_CW［i]）; i++; ｝ else while（STATE_CCW[i］！=’\0') { delay（）; show_lcd(STATE_CCW［i])；

51、 i++; } ｝ void clock（unsigned int Delay) //1ms延時程序 ｛ unsigned int i； for(；Delay>0；Delay—-) for(i=0;i〈124;i++); ｝ void DoSpeed() //液晶上速度顯示計算 ｛ SPEED[0]=（1000＊6/RunSpeed/100）+48; SPEED［1]=1000＊6/RunSpeed％100/10+48； SPEED［2]=1000*6/RunSpeed%10+4

52、8; ｝ 6 附錄 6.1為什么步進電機低速時可以正常運轉,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲? 步進電機有一個技術參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率,如果脈沖頻率高于該值,電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或停轉。在有負載的情況下,啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動,脈沖頻率應該有加速過程,即啟動頻率較低,然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機速從低速升到高速)。 6.2 四相混合式步進電機與驅動器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別？ 四相混合式步進電機一般由兩相驅動器來驅動,因此，連接時可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用。串聯(lián)接

53、法一般在電機轉速較的場合使用，此時需要的驅動器輸出電流為電機相電流的0.7倍，因而電機發(fā)熱?。徊⒙?lián)接法一般在電機轉速較高的場合使用（又稱高速接法），所需要的驅動器輸出電流為電機相電流的1.4倍，因而電機發(fā)熱較大。6.3如何確定步進電機驅動器的直流供電電源? A.電壓的確定 混合式步進電機驅動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如IM483的供電電壓為12~48VDC），電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉速和頻率應要求來選擇。如果電機工作轉速較高或響應要求較快,那么電壓取值也高，但電源電壓的紋波不能超過驅動器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅動器。 B.電流的確定 供電電源電流一般根據(jù)驅動器的

54、輸出相電流I來確定.如果用線性電源，電源電流一般可取I 的1。1～1。3倍；如果采用開關電源，電源電流一般可取I 的1。5~2.0倍. 參考文獻 1 胡漢才,《單片機原理及其接口技術》，清華大學出版社； 2 沙占友，王彥朋，孟志永，《單片機外圍電路設計》，電子工業(yè)出版社； 3康華光，陳大欽，《電子技術基礎》,北京高等教育出版社; 4黃繼昌，張海貴，郭繼忠,《實用單元電路及其應用》,人民郵電出社;；5張迎新 《單片機初級教程--單片機基礎》，北京航空航天大學出版社。6 CS-51系列單片機實用接口技術》北京航空航天大學出版社 7電動機的單片機控制》 北京航空航天大學出版 8單片機的C語言言應用程序設計》　　北京航空航天大學出版社　 9單片機典型模塊設計實例導航．北京人民郵電出版社． 附2：系統(tǒng)原理圖及實物圖 23