智能儀表論文基于單片機(jī)的電機(jī)控制（Word）

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)說明書題 目：基于單片機(jī)的電機(jī)控制學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器班 級(jí)：指導(dǎo)教師： 中文摘要步進(jìn)電機(jī)是一種進(jìn)行精確步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)電執(zhí)行元件，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械的數(shù)字控制，為使系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護(hù)性以及性價(jià)比最優(yōu)，根據(jù)控制系統(tǒng)功能要求及步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用環(huán)境，確定了設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件和軟件的功能劃分，從而實(shí)現(xiàn)了基于8051單片機(jī)的四相步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。通過單片機(jī)的I/O來實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，用uln2003來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，并且使用了發(fā)光二極管LED來顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在單片機(jī)的P1口使用四個(gè)LED

2、來作為控制的標(biāo)志。用獨(dú)立連接式非編碼鍵盤來對(duì)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)，AT89S51，發(fā)光二極管目 錄第1章 前言 1.1什么是步進(jìn)電機(jī)51.2步進(jìn)電機(jī)的基本特性61.3步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)及術(shù)語6第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1步進(jìn)電機(jī)原理及控制技術(shù)6 2.1.1步進(jìn)電機(jī)原理簡述7 2.1.2步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)簡述72.2總體設(shè)計(jì)方框圖9第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1主要儀器93.2主要芯片說明9 3.2.1 28BYJ-48四相步進(jìn)電機(jī)9 3.2.2 ULN2003 9 3.2.3 STC89C52RC 11 3.2.4 MT03641BR八位共陽數(shù)碼管143.3 電路說明15 3.3.

3、1控制電路16 3.3.2驅(qū)動(dòng)電路16 3.3.3 顯示說明17第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1上位機(jī)主程序流程圖184.2下位機(jī)程序流程圖194.2.1電機(jī)運(yùn)行子程序流程圖20第5章 總結(jié)21參考文獻(xiàn)附錄A硬件原理圖附錄B：上位機(jī)程序附錄C：下位機(jī)程序第一章 前言步進(jìn)電機(jī)是一種進(jìn)行精確步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)電執(zhí)行元件，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械的數(shù)字控制，為使系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護(hù)性以及性價(jià)比最優(yōu)，根據(jù)控制系統(tǒng)功能要求及步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用環(huán)境，確定了設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件和軟件的功能劃分，從而實(shí)現(xiàn)了基于8051單片機(jī)的四相步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)通過單片機(jī)存儲(chǔ)器、I/O接口、中斷、鍵盤、LED顯示器的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路、

4、人機(jī)接口電路、中斷系統(tǒng)及復(fù)位電路、單電壓驅(qū)動(dòng)電路等的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。 隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，自六十年代初期以來，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用得到很大的提高。人們用它來驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘和其他采用指針的儀器，打印機(jī)、繪圖儀，磁盤光盤驅(qū)動(dòng)器、各種自動(dòng)控制閥、各種工具，還有機(jī)器人等機(jī)械裝置。此外作為執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，被廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它的需要量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，由于其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制中得到了廣泛的

5、應(yīng)用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機(jī)技術(shù)的迅速普及，為設(shè)計(jì)功能強(qiáng)，價(jià)格低的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器提供了先進(jìn)的技術(shù)和充足的資源。1.1什么是步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。 雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系

6、統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。 目前,生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，能夠自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最基本的設(shè)備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給用戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。簽于上述情況，我們決定以廣泛的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)為例。敘述其基本工作原理。望能對(duì)廣大用戶在選型、使用、及整機(jī)改進(jìn)時(shí)有所幫助。 1.2步進(jìn)電機(jī)的基本特性步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn)： （1）步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，因此當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。 （2）由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)

7、控系統(tǒng)，既非常方便、廉價(jià)，也非?？煽?。同時(shí)，它也可以有角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 （3）步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 （4）速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得很大的轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 （5）步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接用交流電源或直流電源。 （6）步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)比較大，帶慣性負(fù)載的能力強(qiáng)。 1.3步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)及術(shù)語相數(shù)：產(chǎn)生不同隊(duì)N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)，常用m表示。 拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB

8、BCCDDAAB,四相八拍運(yùn)行方式即AABBBCCCDDDAA。 步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。=360度（轉(zhuǎn)子齒角運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒角為50齒角電機(jī)為例。四相運(yùn)行時(shí)步距角為=360度/（50*4）=1.8度，八拍運(yùn)行時(shí)步距角為=360度/（50*8）=0.9度。 定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電的狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。 靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)作業(yè)下，電機(jī)不做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。雖然靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與電磁激磁匝數(shù)成正比，與定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)。但過分采用減

9、小氣隙，增加勵(lì)磁匝數(shù)來提高靜轉(zhuǎn)矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。第二章 總體設(shè)計(jì)方案2.1 步進(jìn)電機(jī)原理及控制技術(shù)2.1.1步進(jìn)電機(jī)原理簡述由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專業(yè)設(shè)備-步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，典型步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)：控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號(hào)，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列，環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)輸入端，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配

10、器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器。另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱硬環(huán)形分配器。功率放大器主要對(duì)環(huán)形分配器的較小輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的目的。2.1.2步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)簡述步進(jìn)電機(jī)的基本控制包括轉(zhuǎn)向控制和速度控制兩個(gè)方面。從結(jié)構(gòu)上看，步進(jìn)電機(jī)分為四相相單四拍、四相雙四拍和四相八拍3種，其基本原理如下：（1）步進(jìn)電機(jī)換相順序的控制通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如，四相步進(jìn)電機(jī)在單四拍的工作方式下，其各相通電順序?yàn)锳BCDA，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A、B、C相的通斷。四相雙四拍的通電順序?yàn)锳BBCCDDAAB，四相八拍的通電順序?yàn)锳ABBBCCCDDDAA。

11、本實(shí)驗(yàn)則是單四拍，所以我們需要知道步進(jìn)電機(jī)時(shí)序表和時(shí)序圖步進(jìn)電機(jī)的時(shí)序表和時(shí)序圖分別如下圖所示單四拍控制表步序控制位工作狀態(tài)控制模型DCBA11110A0E21101B0D31011C0B40111D07單四拍時(shí)序圖（2）步進(jìn)電機(jī)的換向控制如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。若步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為四相單四拍，即ABCDA，。如果按反序通電換相，即ADCBA，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。其他方式情況類似。（3）步進(jìn)電機(jī)的速度控制如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。（4）步進(jìn)電

12、機(jī)的起?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)由于其電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，減小振動(dòng)，可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波，可以減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，跳過電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，為了防止因慣性而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力矩，鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)（5）步進(jìn)電機(jī)的加減速控制在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果信號(hào)變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于慣性跟不上電信號(hào)的變化，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步現(xiàn)象。所有步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，必須有加速過程，在停止時(shí)波形有減速過程。理想的加速曲線一般為指數(shù)曲線，步進(jìn)電機(jī)整個(gè)降速過程頻率變化規(guī)律是整個(gè)加

13、速過程頻率變化規(guī)律的逆過程。選定的曲線比較符合步進(jìn)電機(jī)升降過程的運(yùn)行規(guī)律，能充分利用步進(jìn)電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩，快速響應(yīng)性好，縮短了升降速的時(shí)間，并可防止失步和過沖現(xiàn)象。在一個(gè)實(shí)際的控制系統(tǒng)中，要根據(jù)負(fù)載的情況來選擇步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率稱為“啟動(dòng)頻率”，于此類似“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號(hào)突然關(guān)斷，步進(jìn)電機(jī)不沖過目標(biāo)位置的最高步進(jìn)頻率。電機(jī)的啟動(dòng)頻率、停止頻率和輸出轉(zhuǎn)矩都要和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相適應(yīng)，有了這些數(shù)據(jù)，才能有效地對(duì)電機(jī)進(jìn)行加減速控制。2.2總體設(shè)計(jì)方框圖（圖1）系統(tǒng)方框圖第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 主要儀器1、STC89C52RC單片機(jī)芯片 一片2、ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片

14、 一片3、MT03641BR八位共陽數(shù)碼管芯片 一片4、28BYJ-48電機(jī) 一個(gè)5、按鍵 四個(gè)3.2主要芯片說明3.2.1 28BYJ-48四相步進(jìn)電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)相數(shù)：四相電壓：5VDC電流：92mA電阻：130步距角：5.625空載牽出頻率：800pps 空載牽入頻率：500pps 28BYJ-48圖減速比：1/64牽入轉(zhuǎn)矩：78.4mN.m接線指示：A（橙）、B（黃）、C（藍(lán)）、D（灰）、E（紅，中點(diǎn)接+5V）3.3.2 ULN2003ULN2003是大電流驅(qū)動(dòng)陣列,多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA

15、/50V。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。 該電路的特點(diǎn)如下: ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。 ULN2003芯片引腳圖引腳1：CPU脈沖輸入端，端口對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)輸出端。引腳2：CPU脈沖輸入端。 引腳3：CPU脈沖輸入端。 引腳4：CPU脈沖輸入端。 引腳5：CPU脈沖輸入端。

16、 引腳6：CPU脈沖輸入端。 引腳7：CPU脈沖輸入端。 引腳8：接地。 引腳9：該腳是內(nèi)部7個(gè)續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接各達(dá)林頓管的集電極。用于感性負(fù)載時(shí)，該腳接負(fù)載電源正極，實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用。如果該腳接地,實(shí)際上就是達(dá)林頓管的集電極對(duì)地接通。 引腳10：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)7腳信號(hào)輸入端。 引腳11：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)6腳信號(hào)輸入端。 引腳12：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)5腳信號(hào)輸入端。 引腳13：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)4腳信號(hào)輸入端。 引腳14：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)3腳信號(hào)輸入端。 引腳15：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)2腳信號(hào)輸入端。 引腳16：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng)1腳信號(hào)輸入端。UL

17、N2003的輸出端可達(dá)500mA/50V. 輸出端的二極管學(xué)名續(xù)流二極管，英文freewheel diode。如果ULN2003的達(dá)林頓管輸入端輸入低電平使其截止，其驅(qū)動(dòng)的元件是感性元件，則電流不能突變，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高壓；如果沒有二極管，達(dá)林頓管會(huì)被擊穿，所以這個(gè)二極管主要起保護(hù)作用。 由于ULN2003是集電極開路輸出，為了讓這個(gè)二極管起到續(xù)流作用，必須將COM引腳（pin9）接在負(fù)載的供電電源上，只有這樣才能夠形成續(xù)流回路。ULN2003是一個(gè)非門電路，包含7個(gè)單元，單獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)350mA，9腳可以懸空。3.2.3 STC89C52RCSTC89C52RC單片機(jī)是新一代高

18、速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。主要特性如下： 1. 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. 2. 工作電壓：5.5V3.3V（5V 單片機(jī)）/3.8V2.0V（3V 單片機(jī)） 3. 工作頻率范圍：040MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 080MHz，實(shí)際工 作頻率可達(dá) 48MHz 4. 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié) 5. 片上集成 512 字節(jié) RAM STC89C52RC芯片引腳圖 6. 通用 I/O 口（32 個(gè)）復(fù)位后

19、為： ， P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 9. 具有看門狗功能 10. 共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器 T0、T1、T2 11. 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 12. 通用異步串行口（UART）

20、，還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART 13. 工作溫度范圍：-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)） 14. PDIP 封裝 STC89C52RC 單片機(jī)的工作模式掉電模式：典型功耗0.1A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序空閑模式：典型功耗 2mA 正常工作模式：典型功耗 4mA7mA 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備 STC89C52RC 引腳功能說明VCC（40 引腳）：電源電壓 VS S（20 引腳）：接地 P0 端口（P0.0P0.7 P0.7，3932 引腳）：P0 口是一個(gè)漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)

21、動(dòng)8個(gè)TTL 負(fù)載，對(duì)端口 P0 寫入 每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)寫入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也可以提供低 8 位 地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。在 Flash ROM 在線編程時(shí)，P0 端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1 端口（P1.0P1.7，18 引腳）：P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端 口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1

22、口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（I）。此外，P1.0 和 P1.1 還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX） 。P2 端口（P2.0P2.7，2128 引腳）：P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙 向 I/O 端口。P2 的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4 個(gè) TTL 輸入。 對(duì)端口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 P2 作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流（I） 。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和

23、 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令）時(shí)，P2 送出高 8 位地址。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如 執(zhí)行“MOVX R1”指令）時(shí)，P2 口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū) 中的 P2 寄存器的內(nèi)容） ，在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變。在對(duì) Flash ROM 編程和程序校驗(yàn)期間， P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3 端口（P3.0P3.7，1017 引腳） ：P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端 口寫入 1 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入

24、口。P3 做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一 個(gè)電流（I） 。 在對(duì) Flash ROM 編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P3 還接收一些控制信號(hào)。P3 口除作為一般 I/O 口外，還有其他一些復(fù)用功能。RST（9 引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效， 用來完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 引腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR（地址 8EH）上的 DISRTO 位可以使此功 能無效。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/ ROG （30 引腳） 地址鎖存控制信號(hào) ： （ALE） 是訪問外部

25、程序存儲(chǔ)器時(shí)， 鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 Flash 編程時(shí)，此引腳（ ROG）也用作編程輸入 脈沖。 在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部 定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖 將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位置“1” ，ALE 操作將無效。這 一位置“1” ，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOV 指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉 高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址位 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于 外部執(zhí)行模式下無效。PSEN（29 引腳）：PSE

26、N是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) STC89C52RC 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP （31 引腳）：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA必須接 GND。注意加密方式 1 時(shí)， EA將內(nèi)部鎖 定位 RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA應(yīng)該接 VCC。在 Flash 編程期間，EA也 接收 12 伏 VPP 電壓。 XTAL1（19 引腳） ：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18 引腳） ：振蕩器反相放大器的輸入端。

27、3.2.4 MT03641BR八位共陽數(shù)碼管、主要參數(shù)工作電壓：2V工作電流：510mA、數(shù)碼管顯示原理數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端

28、，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)字符 dp g f e d c b a段碼 0 1 1 0 0 0 0 0 00xc0 1 1 1 1 1 1 0 0 10xf9 2 1 0 1 0 0 1 0 00xa4 3 1 0 1 1 0 0 0 00xb0 4 1 0 0 1 1 0 0 10x99

29、5 1 0 0 1 0 0 1 00x92 6 1 0 0 0 0 0 1 00x82 7 1 1 1 1 1 0 0 00xf8 8 1 0 0 0 0 0 0 00x80 9 1 0 0 1 0 0 0 00x90 COM根據(jù)表中所給的段碼，只需要送入相應(yīng)的數(shù)碼管即可 3.3電路說明本設(shè)計(jì)的硬件電路只要包括控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路三大部分?？刂齐娐分灰砂存I和串行組成，由操作者根據(jù)相應(yīng)的工作需要進(jìn)行操作。顯示電路主要是為了顯示電機(jī)的工作時(shí)間和步數(shù)。驅(qū)動(dòng)電路主要是對(duì)單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3.1控制電路根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設(shè)置了時(shí)間控制，步數(shù)控制，

30、啟動(dòng)控制三部分。時(shí)間控制按鍵與P1.4口連接，步數(shù)控制按鍵與P1.5口連接，啟動(dòng)控制按鍵與P1.6口連接。單片機(jī)與單片機(jī)之間則通過P3.0和P3.1進(jìn)行串行通訊。如下圖所示3.3.2驅(qū)動(dòng)電路通過ULN2803構(gòu)成比較多的驅(qū)動(dòng)電路，電路圖下圖所示。通過單片機(jī)的P1.0P1.3輸出脈沖到ULN2803的1B4B口，經(jīng)信號(hào)放大后從1C4C口分別輸出到電機(jī)的A、B、C、D相。 3.3.3顯示電路在該步進(jìn)電機(jī)的控制器中，電機(jī)可以設(shè)定時(shí)間和步數(shù)，這里設(shè)計(jì)了電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)的時(shí)間的顯示電路。在顯示電路中，主要是利用了單片機(jī)的P0口。采用四個(gè)共陽數(shù)碼管作顯示。第一個(gè)和第二個(gè)數(shù)碼管顯示時(shí)間的設(shè)定，第三個(gè)和第四個(gè)顯

31、示步數(shù)。第四章軟件設(shè)計(jì)通過分析可以看出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能可以采用多種方法，由于隨時(shí)有可能輸入加速、加速信號(hào)和方向信號(hào)，因而采用中斷方式效率最高，這樣總共要完成3個(gè)部分的工作才能滿足課題要求，即主程序部分、定時(shí)器中斷部分、外部中斷0和外部中斷1部分，其中主程序的主要功能是系統(tǒng)初始參數(shù)的設(shè)置及啟動(dòng)開關(guān)的檢測(cè)，若啟動(dòng)開關(guān)合上則系統(tǒng)開始工作，反之系統(tǒng)停止工作；定時(shí)器部分控制脈沖頻率，它決定了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢；兩個(gè)外部中斷程序要做的工作都是為了完成改變速度這一功能。4.1上位機(jī)主程序流程圖主程序中要完成的工作主要有系統(tǒng)初始值的設(shè)置、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示以及各種開關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)判斷等。其中系統(tǒng)初始狀態(tài)的設(shè)置內(nèi)容較多

32、，該系統(tǒng)中，需要初始化定時(shí)器、外部中斷；對(duì)P1口送初值以決定脈沖分配方式。若初始化P1=0xff、時(shí)間和步數(shù)初始值均設(shè)為0，就意味著步進(jìn)電機(jī)按四相單四拍運(yùn)行，系統(tǒng)上電后在沒有操作的情況下，步進(jìn)電機(jī)不旋轉(zhuǎn)，時(shí)間值顯示“00”，步數(shù)值顯示“00”外部中斷設(shè)計(jì) 外部中斷所要完成的工作是根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時(shí)器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進(jìn)電機(jī)的輸出脈沖頻率，也就是改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。速度增加按鈕S2為INT0中斷，其程序流程為原數(shù)據(jù)，當(dāng)值等于7時(shí)，不改變?cè)瓟?shù)值返回，小于7時(shí)，數(shù)據(jù)加1后返回；速度減少按鈕S3，當(dāng)原數(shù)據(jù)不為0，減1保存數(shù)據(jù)，原數(shù)據(jù)為0則保持不變。程序流程圖如

33、下圖所示。4.2下位機(jī)程序流程圖首先調(diào)用初始化子函數(shù)，然后判斷子程序參數(shù)的值，然后調(diào)用電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)子程序。4.2.1電機(jī)運(yùn)行子程序流程圖給電機(jī)賦初值，對(duì)電機(jī)的時(shí)間，步數(shù)都進(jìn)行現(xiàn)實(shí)的設(shè)定。當(dāng)上位機(jī)傳給下位機(jī)信號(hào)時(shí)，下位機(jī)就開始進(jìn)行一系列的判斷，讓步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。第五章 總結(jié)本設(shè)計(jì)通過分析步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理，查閱步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)科技文獻(xiàn)，遵循實(shí)用、簡單、可靠和低成本的原則，設(shè)計(jì)了一種既可用于精度要求不高，但控制需完備的場(chǎng)合。對(duì)本次設(shè)計(jì)，有以下結(jié)論： （1）采用單片機(jī)為控制核心，利用其強(qiáng)大的功能，把鍵盤和顯示電路有機(jī)的結(jié)合起來，組成一個(gè)操作方便、交互性強(qiáng)的控制系統(tǒng)。而且整個(gè)系統(tǒng)所包含的技術(shù)幾

34、乎包括了現(xiàn)本科學(xué)?？刂茖I(yè)所要求的知識(shí)，有利于實(shí)踐教學(xué)取得最大效果。 （2）鍵盤電路和顯示電路采用了動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，節(jié)約了單片機(jī)資源。 （3）系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，具有易維護(hù)性，根據(jù)用戶新的要求，對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行少量的修改，使系統(tǒng)功能得到一定程度的提高。設(shè)計(jì)心得和體會(huì)：從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要理論聯(lián)系實(shí)際，把我們所學(xué)的理論知識(shí)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單機(jī)片機(jī)更是如此，程序只有在經(jīng)常的寫與讀的過程中才能提高，這就是我在這次課程設(shè)計(jì)中的最大收獲。在這次設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，便于我們走到工作崗位后能很快適應(yīng)工作環(huán)境。我知道自己做的工作還很不夠，由于軟件和硬件的

35、各方面原因，系統(tǒng)的應(yīng)用討論不夠，精度還有待于進(jìn)一步提高。由于個(gè)人的原因，設(shè)備的原因，實(shí)驗(yàn)做的不好不夠，相關(guān)驗(yàn)證性的數(shù)據(jù)、信息不夠豐富。可以肯定，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的控制應(yīng)用前景將越來越寬闊，而其控制系統(tǒng)也將向著智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。本論文的研究和探討還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們要在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上，不斷吸取新的技術(shù)和方法，并將它們應(yīng)用于本課題的研究上來，進(jìn)一步深化我們的研究深度，爭(zhēng)取有更多的收獲。參考文獻(xiàn)【1】張家生. 電機(jī)原理與拖動(dòng)基礎(chǔ)【M】. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006. 【2】馬淑華，王鳳文，張美金. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)【M】.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007. 【3】顧德英，

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38、r code led_tab16=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/LED控制字uchar showbuf4=0x3f,0x3f,0x3f,0x3f;/uchar serial_buf=0,time=0,step=0;sbit dt=P10;顯示芯片的接口sbit clk=P11;顯示芯片的接口sbit key1=P14;鍵盤定義sbit key2=P15;sbit key3=P16;sbit key4=P17;void delay(uint j)延時(shí)函數(shù)uint

39、i=j+1;for(;j0;j-)for(;i0;i-); void write_led_bit(uchar bitvalue)按字符串加減位數(shù)1clk=0;dt=0;if(bitvalue=1)dt=1;delay(2);clk=1;返回初值void write_led_byte(uchar bytevalue)按字節(jié)加減位數(shù)（8位）char i,temp;for(i=7;i=0;i-)temp=bytevaluei;為了讓它工作的位數(shù)轉(zhuǎn)成一位temp=temp&0x01;與運(yùn)算，末位是幾就傳幾write_led_bit(temp);調(diào)用上邊的函數(shù)void show()uchar i;for

40、(i=0;i4;i+)write_led_byte(showbufi);void init()TMOD=0x22;SCON=0x58;PCON=0x00;ES=1;ET0=1;PS=1;TH0=0;TL0=0;TR0=0;TH1=0xFD;TL1=0xFD;TR1=1;EA=1; P1=0xff;可以去掉void main()init(); show();while(1) if(key1=0) delay(8);去抖動(dòng)延時(shí) if(key1=0) time+; if(time=21) time=0; showbuf0=led_tabtime/10;取整（十位） showbuf1=led_tabtime%10;取余（個(gè)位） show(); key1=1; while(key1=0); if(key2=0) delay(8); if(key2=0) step+; if(step=21) step=0; showbuf2=led_tabstep/10; showbuf3=led_tabstep%10; show(); key2=1; while(key2=0); if(key3=0)delay(8); if(key3=