单片机课程设计 步进电机正反转

单片机课程设计课题：步进电机正反转设计系别：电气与电子工程系专业：电气工程及其自动化姓名：张豪杰学号：121408256指导老师：李晓敏王明杰河南城建学院2011年01月06日河南城建学院单片机课程设计2成绩评定·一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。二、评分评分项目设计报告评分答辩评分平时表现评分合计（100分）任务完成情况（20分）课程设计报告质量（40分）表达情况（10分）回答问题情况（10分）工作态度与纪律（10分）独立工作能力（10分）得分课程设计成绩评定班级姓名学号成绩：分（折合等级）指导教师签字年月日河南城建学院单片机课程设计3目录一．设计目的·········································4二．设计要求·········································4三．总体设计思路·····································4四．硬件设计·········································51系统复位电路····································52系统时钟电路····································63系统电机及驱动部分······························74系统的显示电路··································8五．软件设计·········································91主程序的设计····································92显示子程序的设计································10六．整体电路图······································14七．电路仿真········································15八．设计总结········································16附录················································18参考文献············································21河南城建学院单片机课程设计4步进电机正反转设计一、设计目的目的：系统地运用已学的理论知识解决实际问题的能力和查阅资料的能力。培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找解决方案；任务：完成所选题目的分析与设计，达到技术性能要求。提交正式课程设计总结报告一份。二、设计要求：1．具有速度和转向设定功能。2．设置开始、停止以及正反转键。3．转速以及转向由数码管显示。三、总体设计思路方案与思路因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。用软件控制单片机产生脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是两相的，所以只需要P1口的低四位P1.0~P1.3分别接到电机的四根电线上。可以通过调整输出脉冲的频率来调整电机的转速，通过改变输入脉冲的顺序来改变转动方向，P0口接LED数码管，可以显示当前的电机转速和转向，设置复位键可使正在转动的电机停止转动，大概可分为如下图所示的几部分。河南城建学院单片机课程设计5图1系统方框图四、硬件设计1．系统复位电路复位是单片机的初始化操作，只要给RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号，即可使单片机复位。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或是操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱死锁状态，也需要按复位键重新复位。在系统中，为了实现上述的两项功能，采用常用的按键电平复位电路，这样复位键有复位和停止两个功能，如图所示。p0.0~p0.7AT89C51单片机p2.0~p2.3p1.0~p1.3p3.0~p3.4四位数码显示管控制按键复位部分步进电机驱动部分外部晶振电路河南城建学院单片机课程设计6R11kC110uFR2100复位图2复位电路从图中可以看出，当系统得到工作电压的时候，复位电路工作在上电自动复位状态，通过外部复位电路的电容充电来实现，只要Vcc的上升时间不超过1ms就可以实现自动上电复位功能。在本系统中，采用10uF的电容和100kΩ的电阻来实现复位电路。当系统出错时，直接按开关实现模拟系统上电复位的功能，从而实现系统重新复位启动。2．系统的时钟电路时钟电路是用于产生单片机工作时所必需的时钟信号。时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的，有条不紊地一拍一拍地工作。时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。在本系统中采用外部时钟方式的电路，如图所示：河南城建学院单片机课程设计7X1FREQ=12MHzC220pFC320pF图3系统的时钟电路在本设计中的电容C1、C2典型值为30±10pF。外接代内容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响振荡器的稳定性和起振的快速性。同时，在系统中采用12MHz的晶体振荡器来产生时钟脉冲。这样可以满足系统在设计时的机器周期的需要。3电机驱动电路由单片机直接输出的脉冲不足以驱动步进电机正常工作所以需要驱动电路给步进电机提供电源，在本设计中采用型号为ULN2003A的芯片，使步进电机正常工作。驱动信号由P1口的P1.0~P1.3输出，分别与驱动芯片的B1~B4相连，电路如下图所示：河南城建学院单片机课程设计81B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10COM9U2ULN2003A+88.8+12V图4系统的驱动电路4显示电路显示电路中采用四位LED数码管显示，最左边一位作为转动方向位，正转时不显示，反转时显示“--”，后边三位显示转速，左边为低位，右边为高位，转速的单位为转\分。为了提高数码管的显示效果，在数码管的输入端接上拉电阻。在本设计中采用型号为7SEG-MPX4的四位LED数码管，显示控制字由P0口输出，P0.0~P0.7分别与数码管的A~dp连接，位控制口由P2口的P2.0~P2.3输出，分别与数码管的1、2、3、4连接。电路如图所示：10k图5系统的显示电路河南城建学院单片机课程设计9五软件设计1．主程序的设计主程序需具备的功能，要不断扫描P3口并判断K1和K2是否闭合，并能根据其电平高低，输出不同的控制脉冲，并调用显示子程序显示转速及方向。图6主程序设计流程图2．显示子程序的设计主程序初始化程序逆序输出脉冲K2闭合？K1闭合？正序输出脉冲调用显示子程序1调用显示子程序2NYNY河南城建学院单片机课程设计10图7显示程序流程图系统的程序如下：主程序：ORG00HSTART:MOVR0,#03HMOVR4,#00HMOVP1,#03HWAIT:MOVP1,R0;初始角度,0度MOVP3,#0FFHJNBP3.0,POS;判断键盘状态JNBP3.1,NEG显示速度输出位控制字返回主程序调用延时子程序正转显示输出断码控制字反转显示置初始值置初始值河南城建学院单片机课程设计11SJMPWAITJUST:JBP3.1,NEG;首次按键处理POS:MOVA,R4;正转9度MOVDPTR,#TAB1MOVCA,@A+DPTRMOVP1,AACALLDIRINCR4AJMPKEYNEG:MOVR4,#6MOVDPTR,#TAB1;反转9度MOVA,R4MOVCA,@A+DPTRMOVP1,AACALLDIRFAJMPKEYKEY:MOVP3,#03H;读键盘情况MOVA,P1JBP3.0,FZ1CJNER4,#08H,LOOPZ;是结束标志MOVR4,#00HLOOPZ:MOVA,R4河南城建学院单片机课程设计12MOVDPTR,#TAB1MOVCA,@A+DPTRMOVP1,A;输出控制脉冲ACALLDIR;程序延时INCR4;地址加1AJMPKEYFZ1:JBP3.1,KEYCJNER4,#255,LOOPF;是结束标志MOVR4,#07HLOOPF:DECR4MOVA,R4MOVDPTR,#TAB1MOVCA,@A+DPTRMOVP1,A;输出控制脉冲ACALLDIRF;程序延时AJMPKEYTAB1:DB02H,06H,04H,0CHDB08H,09H,01H,03H;正转模型资料显示子程序：DIR:MOVDPTR,#TABL1;正转显示AJMPDIR1DIRF:MOVDPTR,#TABL2；反转显示河南城建学院单片机课程设计13DIR1:MOVR1,#00HMOVR2,#04HMOVR3,#0F7HDIR2:MOVA,R1MOVCA,@A+DPTRMOVP0,AMOVA,R3MOVP2,ARRAMOVR3,AINCR1ACALLDELYDJNZR2,DIR2RETDELY:MOVR6,#20H；延时D1:MOVR7,#56HLOOP:DJNZR7,LOOPDJNZR6,D1RETTABL1:DB06H,06H,06H,00H；正转TABL2:DB06H,06H,06H,40H；反转END河南城建学院单片机课程设计14六、整体电路图XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51X1FREQ=12MHzC220pFC320pF1B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10COM9U2ULN2003A+88.8+12VR347KR447K正转反转10kR11kC110uFR2100复位河南城建学院单片机课程设计15七、电路仿真绘制完电路图后，将编好的程序输入软件内检查所编程序是否正确，检查程序无误后装入单片机内，进行防真。系统进入仿真模式后，令正转键K1闭合，步进电机正转工作，可以看到如下图所示：XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51X1FREQ=12MHzC220pFC320pF1B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10COM9U2ULN2003A+12VR347KR447K正转反转10kR11kC110uFR2100复位图8电机正转在正转时，如果按下复位键，电机会停止转动，数码管也将不显示转速。反转键K2闭合，步进电机开始反转工作，显示的转速为负值，如下图所示：河