基于单片机的步进电机-霍尔测速

分数：评语：自动化系专业综合实验报告(PartⅡ)题目：基于单片机的步进电机—霍尔测速实验学生姓名：学号：指导教师：二○一六年一月1目录1实验所用各元件介绍......................................................21.1STC89C51简介..........................................................21.2定时器.................................................................31.2.1定时器原理.........................................................31.2.251定时器..........................................................41.2.3本实验定时器简介...................................................51.3串口通信模块...........................................................51.4MAX232芯片...........................................................62组态王..................................................................82.1组态王简介.............................................................82.1.1概述...............................................................82.1.2组态王与I/O设备..................................................92.1.3组态王的开放性....................................................92.2本实验组态王使用说明...................................................92.2.1工程管理器的使用..................................................92.2.2工程浏览器的使用.................................................122.2.2.1定义外部设备..................................................122.2.2.2定义外部设备变量..............................................172.2.2.3建立画面......................................................192.2.2.4动画连接....................................................212.2.3运行系统.....................................................233单片机程序设计.........................................................233.1单片机程序说明....................................................233.1.1常量、变量说明................................................233.1.2函数功能说明....................................................243.2单片机完整程序.......................................................254实验总结...............................................................30附录：实验原理图..........................................................3221实验所用各元件介绍1.1STC89C51简介STC89C51RC是采用8051核的ISP（InSystemProgramming）在系统可编程芯片，最高工作时钟频率为80MHz，片内含8KBytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载到单片机内部，省去了购买通用编程器，且速度更快。STC89C52RC系列单片机是单时钟/机器周期(1T)的兼容8051内核单片机，是高速/低功耗的新一代8051单片机，全新的流水线/精简指令集结构,内部集成MAX810专用复位电路。图1.1STC89C51RC实物图本实验用板提供USB2.0和串口两种通信方式，USB实现供电、编程、仿真、通信多种功能，另外还提供了Atmel单片机的ISP接口。此板兼容STC、SST、Atmel、Philips等51家族的所有单片机。如果使用ISP编程建议使用开发板自带的单片机，整机包含以下资源：单片机采用STC90c5161280SRAM64KFlash；2.1寸彩色液晶屏；SD卡接口；1602液晶屏接口；312864液晶屏接口；温度传感器DS18B20；EEPROM24C02存储器；8位动态数码管；AD/DA转换PCF8951；DS1302实时时钟；4*4矩阵键盘；4个独立键盘；2*8路led灯；可更换晶振座；USB接口，实现下载，供电，串行通信。通过USB转串口芯片CH340T转换；IR红外接收头，红外数据传输；板载继电器；蜂鸣器；步进电机ULN2003达林顿管驱动；图1.2实验板实物图1.2定时器1.2.1定时器原理加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲计4数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。1.2.251定时器89c51单片机内有两个可编程的定时/计数器T0、T1。定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动、停止和设置溢出标志。图1.351定时器89c51计时器有四种工作方式：方式0为13位计数，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位组成。TL0的低5位溢出时向TH0进位，TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位、TH0作为高8位，组成了16位加1计数器。图1.4方式1工作原理图5方式2为自动重装初值的8位计数方式。工作方式2特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。图1.5方式2工作原理图方式3只适用于定时/计数器T0，定时器T1处于方式3时相当于TR1=0，停止计数。工作方式3将T0分成为两个独立的8位计数器TL0和TH0。图1.6方式3工作原理图1.2.3本实验定时器简介在本实验中，定时器T0主要用于步进电机转速计时，工作在方式1；而定时器T1主要用于产生串口通信所需波特率，工作在方式2；1.3串口通信模块单片机通信是指单片机与计算机或单片机与单片机之间的信息交换，通信有并行和串行两种方式。在单片机系统以及现代单片机测控系统中，信息的交换多采用串行通信方式。串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送，此时只需要一条数据线，外加一条公共信号地线和若干控制信号线。因为一次只能传送一位，所以对于一个字节的数据，至少要分S位才能传送完毕。6串行通信的必要过程是:发送时，要把并行数据变成串行数据发送到线路上去，接收时，要把串行信号再变成并行数据，这样才能被计算机及其他设备处理。串行通信传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。串行通信的制式可分为单工、半双工、全双工。1）单工：单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。2）半双工：半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。3）全双工：全双工是指数据可以同时进行双向传输。1.4MAX232芯片MAX232芯片是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的IC芯片，它的内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源电压变换成为RS-232输出电平所需的+1OV电压。所以，采用此芯片接口的串行通信系统只需单一的+5V电源就可以了。对于没有+12V电源的场合，其适应性更强，加之其价格适中，硬件接口简单，所以被广泛采用。图1.7max232引脚结构图图1.7所示max232上半部分，电容Cl,C2,C3,C4及V+,V-是电源变换电路部分。在实际应用中，器件对电源噪声很敏感，因此Vcc必须要对地加去祸电容C5，其值为0.1uF。按芯片手册中介绍，电容Cl,C2,C3,C4应取10uF/16V的电解电容，经大量实验及实际应用，这4个电容都可以选用0.1uF的非极性瓷片电容代替10uF/16V的电解电容，在具体设计电路时，这4个电容要尽量靠近MAX232芯片，以提高抗干扰能力。下半部分为发送和接收部分。实际应用中，T1IN,T2IN可直接连接TTL/CMOS7电平的51单片机串行发送端TXD;R1OUT，R20UT可直接连接TTL/CMOS电平的51单片机的串行接收端RXD;T1OUT,T2OUT可直接连接代机的RS-232串口的接收端RXD;R1IN,R2IN可直接连接PC机的RS-232串口的发送端TXD。图1.8max232模块原理图单片机或计算机在串口通信时的速率用波特率表示，它定义为每秒传输二进制代码的位数，即1波特=1位/秒，单位是bps(位/秒)。如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位((1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的波特率为10位X240个/秒=2400bps.串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传输速率及传输线的电气特性也有关。当传输线使用每0.3m(约1英尺)有50pF电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随传输速率的增加而减小。当比特率超过1000bps时，最大传输距离迅速下降，如9600bps时最大距离下降到只有76m(约250英尺)。因此我们在做串口通信实验选择较高速率传输数据时，尽量缩短数据线的长度，为了能使数据安全传输，即使是在较低传输速率下也不要使用太长的数据线。另外，标准的51单片机晶振是1.2M-12M，一般由于一个机器周期是12个时钟周期，所以选择12M时，一个机器周期是1US，好计算，而且速度相对是最高的（当然现在也有更高频率的单片机），而本实验板采用的是12M晶振。而有的51单片机采用11.0592M是因为在进行通信时，12M频率进行串行通信不容易实现标准的波特率，比如9600，4800，而11.0592M计算时正好可以得到，因此在有通信接口的单片机中，一般选11.0592M。