51单片机毕业论文

基于MCS-51单片机的步进电机系统1基于MCS-51单片机的步进电机系统摘要本文通过MCS-C51单片机对步进电机进行控制，主要介绍了步进电机控制系统，驱动电路和LED显示电路的设计，包括硬件系统设计和系统软件设计，来实现步进电机的控制，系统为一自动控制系统，通过按键向单片机输送控制信号，控制步进电机的转速和正反转，在步进电机控制系统的设计中，重点阐述了脉冲产生电路以及对速度的控制，该系统具有成本低，控制方便的特点。采用MCS-C51单片机指令系统进行编程来实现软件部分测试，系统能实现上述功能。关键词：MCS-C51步进电机控制系统AbstractInthispaper,MCS-51microcontrollertocontrolthesteppermotor,steppermotorcontrolareintroducedsystem,drivecircuitandLEDdisplaycircuitdesign,includinghardware,systemdesignandsystemsoftwaredesign,toachievethesteppermotorcontrolsystemanautomaticcontrolsystem,keytothemicrocontrollerthroughthedeliverycontrolsignaltocontrolthesteppermotorspeedandreversing,thesteppermotorcontrolsystemdesign,focusesonthepulsegeneratorcircuitandthespeedcontrol,thesystemislowcostandconvenientcontrolfeatures.WithMCS-C51microcontrollerinstructiontoimplementsoftwareprogrammingsomeofthetest,thesystemcanachievethesefunctions.Keywords:MCS-51SteppingMotorControlsystem基于MCS-51单片机的步进电机系统2目录摘要-----------------------------------------------------------1Abstract-------------------------------------------------------1目录-----------------------------------------------------------2前言-----------------------------------------------------------41单片机发展概述1.1单片机的基本概念----------------------------------------41.2MS-51单片机内部结构-------------------------------------41.3MS-51单片机引脚及功能-----------------------------------52步进电机发展概述2.1步进电机简介-----------------------------------------62.2步进电机分类-----------------------------------------62.2反应式步进电机原理及结构2.2.1步进电机基本原理--------------------------------72.2.2步进电机转速控制原理----------------------------82.3步进电机驱动控制系统----------------------------------83硬件电路设计3.1单片机外围电路---------------------------------------------93.2步进电机及驱动电路-----------------------------------------93.3数码管及驱动电路-------------------------------------------103.4按键电路设计-----------------------------------------------104软件电路设计4.1数码管显示设计4.1.1数码管流程图------------------------------------------114.1.2数码管程序--------------------------------------------114.2步进电机流程图-----------------------------------------------12总结-------------------------------------------------------------13致谢-------------------------------------------------------------14参考文献---------------------------------------------------------15基于MCS-51单片机的步进电机系统3前言步进电机最早是在19世纪20年代由英国人开发的，50年代后期晶体管的发明也逐渐应用于步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛应用于绕线机、切片机、雕刻机、排线机、包装机械、食品加工行业、复印机、雕刻机、排线控制器、医疗器械、舞台灯光、自动化工程、机器人应用等高精度、高质量工业上。在生产过程中要求自动化，省人力，效率高的机器中，都有步进电机的踪迹，尤其以重视速度，位置控制，需要精确操作各项指令动作灵活控制场合步进电机用得最多。随着集成电路技术的发展，单片微型计算机（单片机）的功能也不断增强，许多高性能的新型机种不断涌现出来。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在工业生产中成为必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。此次毕业实习、毕业设计第一阶段的主要工作是，学习有关单片机控制步进电机系统的基本知识，了解单片机控制步进电机系统的相关技术，并在此基础上选择了使用8051单片机作为核心设计，并学习74LS164数字电子技术等方面的知识。第二阶段是在指导教师的指导下，设计出具体的电路，并确定满足具体技术指标的软件，掌握电路中各个驱动器件的使用方法。通过教师的悉心指导和自己的努力，完成了毕业设计的各项任务，成功设计单片机控制步进电机系统。基于MCS-51单片机的步进电机系统41单片机发展概述1.1单片机的基本概念单片机是把微型计算机中的微处理器、存储器、I/O接口、定时器/计数器、串行接口、中断系统等电路集成到一片集成电路芯片上形成的微型计算机。因而被称为单片微型计算机，简称单片机。单片机按照用途可分为通用型和专用型两大类。（1）通用型单片机的内部资源丰富，性能全面，适应能力强。用户可以根据不同的需要设计各种不同的应用系统。（2）专用型单片机是针对各种特殊场合专门设计的芯片。这种单片机的针对性强，设计时根据需要来设计部件。因此，它能实现系统的最简化和资源的最优化，可靠性高、成本低，在应用中有很明显的优势。在单片机使用上注意以下几个既有相同点也有区别的概念。（1）单板机：将微处理器（CPU）、存储器、I/O接口以及简单的输入/输出设备组装在一块电路板上的微型计算机，称为单板机。（2）单片机：将微处理器（CPU）、存储器、I/O接口和相应的控制部件集成在一块芯片上形成的微型计算机，称为单片机。（3）多板机：在计算机组成中，如果组成计算机的各个功能部件是由多块电路板连接而成的，那么这样的计算机称为多板机。1.2MS-51单片机内部结构内部基本结构图CPU时钟电路P0P3P2P1TXDRXDINT0INT1并行接口串行接口中断系统定时/计数器RAMROMT0T1基于MCS-51单片机的步进电机系统51.3MS-51单片机引脚及功能1.P0口P0口是一个三态双向口，可作为地址/数据分时复用接口，也可作为通用的I/O接口。2．P1口P1口是准双向口，它只能作通用的I/O口使用。3.P2口P2口也是准双向口，它的用途有两个：通用I/O接口和高8位地址线。4.P3口P3口是准双向口以外每个口都还具有第二种功能，如图所示。P3口引脚第二功能P3.0RXD串行输入端P3.1TXD串行输出地P3.2INT0外部中断0低电平有效P3.3INT1外部中断1低电平有效P3.4T0定时计数器0外输入端P3.5T1定时计数器1输入端P3.6WR外部存储器写信号0有效P3.7RD外部存储器读信号0有效实物图P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST/Vpd9RXD/P3.010TXD/P3.111INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515WR/P3.616RD/P3.717XTAL218XTAL119Vss20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/PROG30EA/Vpp31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039Vcc40MCS-51ALE：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，有效(低电平)，以实现外部ROM单元的读操作。EA：访问程序存储控制信号。当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开基于MCS-51单片机的步进电机系统6始，并可延至外部程序存储器。RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。VSS：地线。VCC：+5V电源。2步进电机发展概述2.1步进电机简介步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件（也称为执行机构）。在正常情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，但步进电机驱动器接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（也称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度逐步运行的，通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机的速度和加速度，从而达到调速的目的。2.2步进电机分类步进电机的种类很多，一般按结构区分，有反应式、永磁式和永磁感应式三种。反应式步进电机永磁式步进电机永磁感应式步进电机目前，我国使用的步进电机主要是反应式步进电机。如图所示，这是一台典型的三相反应式步进电机。它的定子和转子是用硅钢片和其他软磁材料制成的。定子上共有六个磁极，每个磁极上都有许多小齿。在径向相对的两个磁极上的线圈串联起来组成一相绕组，沿周围也有许多小齿。根据工作要求，定子磁极上的小齿的齿距与转子磁极上的小齿必须相等，而且转子上齿数有一定的限制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。1.永磁式步进电机永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距角大。2.反应式步进电机反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但基于MCS-51单片机的步进电机系统7噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。反应式步进电动机结构简