步進電機的設計

摘要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，它廣泛用于打印機、電動玩具等消費類產品以及數控機床、工業(yè)機器人、醫(yī)療器械等機電產品中，其在各個國民經濟領域都有應用。研究步進電機的控制系統(tǒng)，對提高控制精度和響應速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。步進電機是一種能將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的機電元件，步進電機控制系統(tǒng)主要由步進控制器，功率放大器及步進電機等組成。采用單片機控制，用軟件代替上述步進控制器，使得線路簡單,成本低，可靠性大大增加。軟件編程可靈活產生不同類型步進電機勵磁序列來控制各種步進電機的運行方式。本設計是采用AT89C51單片機對步進電機的控制，通過IO口輸出的時序方波作為步進電機的控制信號，信號經過芯片ULN2003驅動步進電機；同時，用4個按鍵來對電機的狀態(tài)進行控制，并用數碼管動態(tài)顯示電機的轉速。系統(tǒng)由硬件設計和軟件設計兩部分組成。其中，硬件設計包括AT89C51單片機的最小系統(tǒng)、電源模塊、鍵盤控制模塊、步進電機驅動（集成達林頓ULN2003）模塊、數碼顯示（SM420361K數碼管）模塊、測速模塊（含霍爾片UGN3020）6個功能模塊的設計，以及各模塊在電路板上的有機結合而實現。軟件設計包括鍵盤控制、步進電機脈沖、數碼管動態(tài)顯示以及轉速信號采集模塊的控制程序，最終實現對步進電機轉動方向及轉動速度的控制，并將步進電機的轉動速度動態(tài)顯示在LED數碼管上，對速度進行實時監(jiān)控顯示。軟件采用在Keil軟件環(huán)境下編輯的C語言。本系統(tǒng)具有智能性、實用性及可靠性的特點。關鍵詞：步進電機、單片機、電脈沖信號、角位移、轉速控制、方向控制步進電機應用1.2設計目的及系統(tǒng)功能TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第2章 控制系統(tǒng)硬件分析與設計 4\o"CurrentDocument"2.1步進電機 42.1.1步進電機概述 42.1.2步進電機的特性 42.1.3步進電機的種類 52.1.4永磁步進電機的控制原理 5\o"CurrentDocument"2.2步進電機控制系統(tǒng)的組成 82.2.1單片機最小系統(tǒng) 82.2.2鍵盤控制電路 92.2.3LED數碼顯示電路 102.2.4測速電路介紹 122.2.5步進電機驅動電路 132.2.6電源設計 15\o"CurrentDocument"第3章控制系統(tǒng)軟件分析與設計 17\o"CurrentDocument"3.1程序設計前期準備 173.1.1程序設計平臺 173.1.2程序設計思路 17\o"CurrentDocument"3.2程序流程圖 173.2.1主程序流程圖 173.2.2讀鍵盤子程序流程圖 183.2.3鍵盤處理子程序流程圖 193.2.4電機控制中斷程序流程圖 20\o"CurrentDocument"第4章調試與改進 22\o"CurrentDocument"4.1調試與改進 22\o"CurrentDocument"4.2運行結果 22\o"CurrentDocument"第5章總結 24\o"CurrentDocument"致謝 25\o"CurrentDocument"參考文獻 26緒論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，在各個經濟領域都有應用。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，其優(yōu)點是結構簡單、運行可靠、控制方便。尤其是步距值不受電壓、溫度的變化影響、誤差不會長期積累的特點，給實際的應用帶來了很大的方便。它廣泛用于消費類產品（打印機、照相機）、工業(yè)控制（數控機床、工業(yè)機器人X醫(yī)療器械等電子產品中。研究步進電機的控制和測量方法，對提高控制精度和相應速度、節(jié)約能源等都有重要意義。目前步進電機的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術人員，能夠自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，僅僅處于一種盲目的仿制階段。希望對廣大用戶在選型、使用、及整機改進有所幫助。第1章步進電機應用1.1課題背景當今社會，電動機在工農業(yè)生產、人們日常生活中起著十分重要的作用。步進電機是最常見的一種控制電機，在各領域中得到廣泛應用。步進電機作為執(zhí)行元件，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。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，其優(yōu)點是結構簡單、運行可靠、控制方便。尤其是步距值不受電壓、溫度的變化的影響、誤差不會長期積累的特點，給實際的應用帶來了很大的方便。它廣泛用于消費類產品（打印機、照相機、雕刻機）、工業(yè)控制（數控機床、工業(yè)機器人）、醫(yī)療器械等機電產品中。研究步進電機的控制和測量方法，對提高控制精度和響應速度、節(jié)約能源等都具有重要意義?？刂坪诵牟捎肅51芯片，它以其獨特的低成本，小體積廣受歡迎，當然其易編程也是不可多得的優(yōu)點為此，本文設計了一個單片機控制步進電機的控制系統(tǒng)，可以實現對步進電機轉動速度和轉動方向的高效控制。1.2設計目的及系統(tǒng)功能本設計的目的是以單片機為核心設計出一個單片機控制步進電機的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用AT89C51作為控制單元，通過鍵盤實現對步進電機轉動方向及轉動速度的控制，并且將步進電機的轉動速度動態(tài)顯示在LED數碼管上。

圖1-1總體設計框圖設計的步進電機控制系統(tǒng)應具有以下功能：步進電機的啟停控制步進電機的正反轉控制步進電機的加速控制步進電機的減速控制步進電機轉速的動態(tài)顯示安陽工學院畢業(yè)論文第2章控制系統(tǒng)硬件分析與設計2.1步進電機2.1.1步進電機概述步進電機是一種能夠將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的機電元件，它實際上是一種單相或多相同步電動機。單相步進電動機有單路電脈沖驅動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅動。多相步進電動機有多相方波脈沖驅動，用途很廣。使用多相步進電動機，單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉換為多相脈沖信號，在經功率放大后分別送入步進電動機各相繞組。每輸入一個脈沖到脈沖分配器，電動機各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉子會轉過一定的角度（稱為步距角）。正常情況下，步進電機轉過的總角度和輸入的脈沖數成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時，電動機的轉速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關系，不受電壓波動和負載變化的影響。由于步進電動機能直接接收數字量的輸入，所以特別適合于微機控制。2.1.2步進電機的特性步進電機轉動使用的是脈沖信號，而脈沖是數字信號，這恰是計算機所擅長處理的數據類型。從20世紀80年代開始開發(fā)出了專用的IC驅動電路，今天，在打印機、磁盤器等的OA裝置的位置控制中，步進電機都是不可缺少的組成部分之一?？傮w上說，步進電機有如下優(yōu)點：不需要反饋，控制簡單。與微機的連接、速度控制（啟停和反轉）及驅動電路的設計比較簡單。沒有角累積誤差。停止時也可保持轉距。沒有轉向器等機械部分，不需要保養(yǎng)，故造價較低。即使沒有傳感器，也能精確定位。根椐給定的脈沖周期，能夠以任意速度轉動。但是，這種電機也有自身的缺點：難以獲得較大的轉矩不宜用作高速轉動在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低。超過負載時會破壞同步，高速工作時會發(fā)出振動和噪聲。2.1.3步進電機的種類目前常用的步進電機有三類:表2-1步進電機分類類別結構步距力矩動態(tài)性能反應式步進電動機（VR）米用高導磁材料構成齒狀轉子和定子小小較差永磁式步進電動機（PM）轉子米用多磁極圓筒形的永磁鐵，其外側配置齒狀定子吸引和排斥力產生轉動大大好混合步進電動機（HB）這是PM和VR的復合產品，其轉子米用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結構小大好2.1.4永磁步進電機的控制原理在本設計以常用的永磁式步進電機為例，用單片機控制步進電機。圖2-1是CZ-2801型永磁步進電機的外形圖，圖2-2是該電機的接線圖。圖2-1CZ-2801型永磁步進電機外形圖 圖2-2CZ-2801型永磁步進電機接線圖從圖中可以看出，電機共有四組線圈，四組線圈的一個端點連在一起引出，這樣一共有5根引出線。要使用步進電機轉動，只要輪流給各引出端通電即可。將COM端標識為C,只要AC、BC或/AC、/BC,輪流加電就能驅動步進電機運轉，加電的方式可以有多種，如果將COM端接正電源，那么只要用開關元件（如三極管），將A、B或/A、/B輪流接地。不難設計出控制電路，因其工作電壓為12V，因此用一塊開路輸出達林頓驅動器（這里用ULN2003，關于ULN2003將在后面介紹）作為驅動，通過P1.0、P1.3來控制各線圈的接通與切斷。開機時，P1.0、P1.3均為高電平，依次將P1.0、P1.2（或P1.1、P1.3反向）切換為低電平即可驅動步進電機運行。如果要改變電機的轉動速度只要改變兩次接通之間的時間。改變轉速，只要改變P1.0、P1.2（或P1.1、P1.3反向）輪流變低電平的時間即可達到要求，因為不會影響到其他功能的實現，這個時間可以用延時來實現，。這里以定時的方式來實現。下面首先計算一下定時時間。按要求，最低轉速為20轉/分，而上述步進電機的步距角為7.5，即每48個脈沖為1周，即在最低轉速時，要求為960脈沖/分，相當于62.5ms/脈沖。而在最高轉速時，要求為100轉/分，即48000脈沖/分，相當于12.5ms/脈沖?？梢粤谐鱿卤恚?/p>

表2-2步進電機轉速與定時器定時常數關系轉速單步時間(ms)TH0TL02062.51F02159.5238095229B62256.8181818233742354.347826093C592452.08333333448025504C02648.0769230852EC2746.296296359552844.642857145F49…………9313.44086022CF9C9413.29787234D0209513.15789474D0A19613.02083333D1209712.88659794D19B9812.75510204D2149912.62626263D28B10012.5D30表中不僅計算出了TH0和TL0，而且還計算出了在這個定時常數下，真實的定時時間，可以根據這個計算值來估算真實速度與理論速度的誤差值。表中TH0和TL0是根據定時時間算出來的定時初值，這里用到的晶振是12.000M。有了上述表格，程序就不難實現了，使用定時/計數器T0為定時器，定時時間到后切換輸出腳即可。2.2步進電機控制系統(tǒng)的組成步進電機控制系統(tǒng)共分為六個模塊：單片機最小系統(tǒng)模塊、鍵盤控制模塊、數碼顯示模塊、測速模塊、步進電機驅動模塊和電源模塊。單片機最小系統(tǒng)主要由復位電路和時鐘電路組成。復位電路為單片機系統(tǒng)提供可靠復位，使單片機能正常啟動。時鐘電路采用外部時鐘方式，保證單片機個功能部件都是以時鐘頻率為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。鍵盤控制模塊包括方向控制鍵、加速鍵和減速鍵、啟停鍵，分別與單片機的P2.0、p2.1、p2.2和P2.3相連。實現對步進電機的控制。并且鍵盤上連接有發(fā)光二極管，以指示鍵盤狀態(tài)。數碼顯示模塊采用共陰極數碼管來動態(tài)顯示步進電機的實際轉動速度。利用I/O口為數碼管的com端提供低電平。二號單片機的P1口提供數碼管的段選信號，P2.6和P2.7控制數碼管的位選信號。測速模塊采用開關霍爾片對安放在步進電機轉盤上的小磁片的磁信號進行檢測，步進電機轉盤每次帶動小磁片經過霍爾片時，其都將有脈沖信號從霍爾片輸出。單片機外部中斷口對信號進行采集。步進電機驅動模塊選用七個NPN達林頓連接品體管ULN2003為步進電機提供脈沖信號，驅動步進電機轉動。該模塊與單片機的P1.0-P1.3相連。電源模塊是通過將市電220V轉變?yōu)橹绷?2V和直流5V分別供給驅動模塊和單片機模塊。2.2.1單片機最小系統(tǒng)近年，由于CHMOS技術的進步，大大地促進了單片機的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態(tài)。這也是今后以80C51取代8051為標準MCU芯片的原因。因為單片機芯片多數是采用CMOS（金屬柵氧化物）半導體工藝生產。CMOS電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。采用雙極型半導體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術和工藝水平的提高，又出現了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工藝。CHMOS和HMOS工藝的結合。目前生產的CHMOS電路已達到LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于TTL電路。因而，在單片機領域CMOS正在逐漸取代TTL電路。單片機是通過內部總線把計算機的各主要部件接為一體，其內部總線包括地址總線、數據總線和控制總線。其中，地址總線的作用是在進行數據交換時提供地址，CPU通過它們將地址輸出到存儲器或I/O接口；數據總線的作用是在CPU與存儲器或I/O接口之間，或存儲器與外設之間交換數據;控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU的應答信號線等?？紤]到經濟和可靠性的要求，本設計中采用AT89C51單片機，它宏晶科技設計生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機。是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機。指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。AT89C51單片機參數：工作電壓：5.5V—3.8V/3.3VFlash程序存儲器字節(jié)：4K定時器T0、T1：有中斷優(yōu)先級：2AT89C51單片機優(yōu)點：超低功耗超強抗干擾，超強抗靜電輸入輸出口多，最多有40個I/O速度快，1個時鐘/機器周期，可用低頻率晶振2.2.2鍵盤控制電路鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現向單片機輸入數據、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。鍵盤實質是一組按鍵開關的集合。鍵盤所用開關為機械彈性開關，利用了機械觸點的合、斷作用。一個電壓信號在機械觸點的斷開、閉合過程中，都會產生抖動，一般為5—10ms；兩次抖動之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時間由按鍵動作所決定；第一次抖動前和第二次抖動后為斷開狀態(tài)。按鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現出高電平或低電平。通過對輸出電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。在本設計中，高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合狀體。并且，為了能直觀形象的表示按鍵閉合與否，還為每個按鍵相應增加了發(fā)光二極管，按鍵斷開時，發(fā)光二極管滅，當有鍵閉合時，相應的發(fā)光二極管變亮。為了確保單片機對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除抖動的影響。消除按鍵抖動通常采用硬件、軟件兩種方法。由于硬件消抖電路設計復雜，本設計中沒有采用，在此不再詳細敘述；軟件消抖適合按鍵較多的情況，方便簡單。其原理是在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時10ms的子程序后在確認該鍵電

平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正有鍵按下，從而消除了抖動的影響。其原理圖如圖2-3所示：2.2.3LED數碼顯示電路發(fā)光二極管LED是一種通電后能發(fā)光的半導體器件，其導電性質與普通二極管類似。LED數碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合而成的1種新型顯示器件。在單片機系統(tǒng)中應用非常普遍。LED數碼顯示器是1種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數點。LED數碼顯示器有兩種連接方法：（1）共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平時則不點亮。（2）共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當陽極端輸入高電平

時，段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平時則不點亮。在本設計中所采用的是共陰極LED數碼顯示器，其內部結構如圖2-4所示:共明圖2-4LED數碼管結構圖這里用四位一體數碼管SM420361K：型號：SM420361K-12P類別：4位一體共陰規(guī)格：長X寬X高-30.1X14.1X7.3mm管腳標號：12-9-8-6公共腳、A-11、B-7、C-4D-2、E-1、F-10、G-5、DP-3在本設計中采用數碼管動態(tài)顯示轉速，數碼顯示電路通過交替向P2.6和P2.7輸出低電平，使得與這兩個端口連接的數碼管公共端交替為低電平，從而為數碼管提供導通回路，通過對交替時間的控制實現數碼管在視覺上的不間斷顯示。通過P1口輸出段選信號，控制了數碼管顯示的內容。如圖2-5所示：圖2-5數碼管顯示電路2.2.4測速電路介紹開關型霍爾傳感器的原理及應用開關型霍爾傳感器可分為單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)，內部均有5個部分，即由穩(wěn)壓源、霍爾電勢發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器以及輸出級組成。雙穩(wěn)態(tài)傳感器具有兩組對稱的施密特整形電路。圖2-6是單穩(wěn)態(tài)開關集成霍爾元件UGN3020的功能圖及輸出特性。圖2-6UGN3020功能特性曲線對于開關型傳感器的正值規(guī)定是：用磁鐵的S極接近傳感器的端面所形成的B值為正值。由圖2-6看出，當B=0時，V0為高電平；當外磁場增至BOP時，輸出V0由高電平轉為低電平。外磁場由BOP降至BrP時，輸出V0由低電平反向，BrP被稱為釋放點。對于UGN3020，BOP=0.022T，BRP=0.0165T，VOL=80?150mV，VOH=4V，工作電壓為4.5V?24V。UGN3020可組成轉速計探頭。該探頭由霍爾元件UGN3020和磁鋼組成測量電路。將具有10個齒的圓盤固定于被測對象的旋轉主軸上。當圓盤齒經過測量磁路的間隙時，霍爾元件輸出高電平，其他時間輸出為低電平；這樣圓盤每轉一周，電路輸出10個脈沖，脈沖經過分頻后，用頻率計即可測出被測對象的實際轉速。本設計采用的測速電路原理圖如下圖所示：

圖2-7測速電路2.2.5步進電機驅動電路本系統(tǒng)的設計目的為了高效控制步進電機的轉動，因此需要將單片機發(fā)出的脈沖轉化為步進角度，才能控制步進電機轉動，我們在這里采用ULN2003為步進電機提供脈沖信號°ULN2003七NPN達林頓連接品體管是低邏輯電平數字電路(如TTL,CMOS或PMOS/NMOS)和大電流高電壓要求的燈、繼電器、打印機錘和其他類似負載間的接口的理想器件。廣泛用于計算機，工業(yè)和消費類產品中。所有器件有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管。ULN2003的設計與標準TTL系列兼容。它的管腳連接圖如圖2-8所示：圖2-8ULN2003管腳連接圖劍一COMInputB劍一COMInputBOuE]JULC7一獨槌3kQ圖2-9ULN2003芯片內部結構其主要特性為：表2-3ULN2003主要特性表極限值（若無其他規(guī)定，Tamb=25°C）參數名稱符號數值單位輸入電壓VIN30V輸入電流IIN25mA功耗PD1W工作環(huán)境溫度Topr-20to+85C貯存溫度Tstg-55to+150CULN2003芯片概述與特點：ULN2003芯片是高耐壓、大電流達林頓陣列，由7組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網絡以及鉗位二極管網絡構成，具有同時驅動7組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。功率電子電路大多要求具有大電流輸出能力，以便于驅動各種類型的負載。功率驅動電路是功率電子設備輸出電路的一個重要組成部分。ULN2003芯片高壓大電流達林頓晶體管陣列產品屬于可控大功率器件。步進電機驅動電路的工作過程是：首先從P1口輸出00000001B，由于單片機與ULN2003連接只用到了P1.0—P1.3，所以ULN2003與單片機連接的四個管腳中每時刻只有一個管腳處于導通狀態(tài)（采用單拍方式對步進電機控制），其他管腳處于斷開狀態(tài)。這樣就使得與ULN2003連接的步進電機只有一個引出端導通。該系統(tǒng)驅動原理圖如圖2-10：

)N8C0N2圖2-10)N8C0N2圖2-10步進電機驅動原理圖1B2B3B4B5B6B7BGNDVCC2.2.6電源設計在此系統(tǒng)中因要用到兩路電源，再三考慮購買了一個輸出為交流9V（電壓表實測電壓在12V左右）的適配器，然后通過4個IN4007（圖中未標出）搭建的整流橋，分出兩路一路引出供驅動器，另一路再經LM7805降為5V，完全符合要求，同時避免了電路設計中電路板上存在的大電源干擾等問題。電路電源設計如下圖所示.-EDVINOUTPUT8.-EDVINOUTPUT8LM2圖2-11電源原理圖其中電源端口和LM7805封裝圖如下圖所示：5o.8(m寸￥9m)Designator1eCommentl_i_EDesignator2Comment5e?IEE)」6(m「-?v2o54(m圖2-12電源端口和LM7805封裝圖m)LM78055o08(mm)第3章控制系統(tǒng)軟件分析與設計3.1程序設計前期準備3.1.1程序設計平臺考慮到程序的易讀性和簡練，程序設計采用C語言。程序編輯平臺采用Keil。3.1.2程序設計思路步進電機控制系統(tǒng)的軟件需要同時完成讀取鍵盤、處理鍵盤、控制步進電機轉動、控制數碼管動態(tài)顯示等任務，這就必須通過中斷技術來實現。在本設計中，主程序采用查詢方式掃描鍵盤端口，檢測按鍵動作是否發(fā)生，若有按鍵動作則處理鍵盤，根據按鍵值修改相應參數值，實現鍵盤的實時處理功能。定時器0中斷服務程序控制步進電機的轉動：根據當前顯示的速度進行鍵盤手動改變T0定時時間常數，設置TH0和TL0的值，達到對轉速精確控制的目的;根據轉動方向控制位的值，控制脈沖信號循環(huán)移動的方向，達到對轉動方向控制的目的。說明如下：單片機接受鍵盤信息，改變系統(tǒng)內部變量值。單片機輸出脈沖信號，控制步進電機轉動。單片機根據步進電機實際轉動值，控制數碼管顯示。3.2程序流程圖3.2.1主程序流程圖步進電機控制系統(tǒng)的主程序在對整個系統(tǒng)初始化后主要完成讀鍵盤和處理鍵盤的功能，如圖3-2所示：

圖3-2步進電機控制系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)上電復位后，先調用初始化子程序，對步進電機各端口，相關參數進行初始化，設置T0工作方式控制時間常數。初始化完成后，步進電機處于停止狀態(tài)，T0定時器處于關閉狀態(tài)。然后循環(huán)調用讀鍵盤子程序和鍵盤處理子程序，等待中斷，以便實現步進電機轉動控制。3.2.2讀鍵盤子程序流程圖首先初始化實際鍵值參數為0FH，然后掃描P2口，與初始值比較，相等則說明沒有鍵按下，不相等則軟件消抖，以便確認是否真的有鍵按下。延時10ms后再次掃描P2口，第二次與初始值比較，若相等則表明前一次比較不相等是由抖動產生；如果相等則表明確實有鍵按下。執(zhí)行鍵盤之程序里的指令，將相應的變量值改變，為鍵盤處理子程序做準備。

否否圖3-3掃描鍵盤字程序流程圖3.2.3鍵盤處理子程序流程圖按鍵處理子程序流程圖如圖3-3所示：

圖3-3鍵盤處理子程序流程圖步進電機的啟?？刂仆ㄟ^啟停定時器T0來實現，因為定時器T0控制著脈沖信號的輸出，關閉定時器T0也就阻止了脈沖信號的輸出。3.2.4電機控制中斷程序流程圖定時器中斷0服務程序流程圖如圖3-4所示：

圖3-4定時器中斷0服務程序流程圖定時器中斷0服務程序的中斷時間由當前的轉速決定。進入中斷程序后，首先要保護現場，再根據當前值設置TH0和TL0的值。然后判斷轉動方向控制位的值，如果是0則控制脈沖信號P1.0、P1.2輸出，如果是1則控制脈沖信號P1.1、P1.3輸出。最后恢復現場，返回，等待下次中斷。通過用當前轉速控制中斷時間，控制了脈沖的輸出頻率，也就到達了控制步進電機轉動速度的目的；通過檢測方向控制位的電平，選擇脈沖信號P1.0、P1.2與P1.1、P1.3間的切換，控制了步進電機各引出端的接通順序，也就到實現了步進電機轉動方向的控制。各模塊控制的詳細程序附于最后。第4章調試與改進4.1調試與改進在系統(tǒng)完成后測試系統(tǒng)，檢查硬件和軟件是否能夠協調運行，并對系統(tǒng)出現的情況進行分析，看是否能夠達到系統(tǒng)創(chuàng)作之初所設想的效果，如達不到則重新修改系統(tǒng)的硬件結構或者修改軟件的程序部分，直到達到設計需要為止。本系統(tǒng)的設計思路為：首先從整體上劃分出各功能模塊，然后硬件和軟件同時進行依次完成各個功能模塊，最后將各個模塊聯系起來完成整個系統(tǒng)。在硬件調試的過程中，遇到了很多問題。主要有：確定步進電機的使用方法，和控制模式。此處尤為重要，這是整個系統(tǒng)的基礎，也是確定軟件是否能控制步進電機思路的開端。鍵盤設計完成后，在多次運行過程中發(fā)現按鍵是否按下難以直觀準確判斷，在此處進行改進設計，為每一個按鍵接上一個發(fā)光二極管，當有鍵按下時，相對應的發(fā)光二極管變亮，使得按鍵動作形象直觀。并以此方法測試步進電機控制程序。向電源插座送入12V直流電源，測量LM7805輸出腳對地電壓，是否為5V左右，這個電壓的測量可以直接在L7805的OUT腳和GND之間完成。單片機應用（電源）注意事項:在電源兩端應該加一個47uF以上的電解電容和一個0.1uF的小電容，進行電源去藕濾波?？晒┗魻柶瑱z測到的信號注意是S磁極。軟件測試的時候也有些問題，主要有：軟件去抖方式，和時間的控制?？刂撇竭M電機轉動的程序段完成后，調試發(fā)現對步進電機速度的控制范圍過小，查閱資料后發(fā)現設計思路不太合理，原先的設計思路是用主程序控制步進電機轉動，采用延時方式控制步進電機速度，由定時器處理鍵盤；改進程序，主程序用來處理鍵盤，由定時器控制步進電機轉動，步進電機轉動速度由定時器定時時間決定。問題得到解決，不僅擴大了步進電機速度的控制范圍，也使得單片機對步進電機速度的控制更加精確。4.2運行結果連接好硬件電路，上電復位，程序開始運行。此時步進電機不轉動，LED數碼管不顯示；按下啟停鍵，步進電機開始轉動，LED數碼管顯示數值當前數值，即當前步進電機的轉速為25轉/分；此時每按下加速鍵一次，LED數碼管顯示數值加1，步進電機轉動速度相應增加；此時每按下減速鍵一次，LED數碼管顯示數值減1，步進電機轉動速度相應減少；此時若按下方向控制鍵，步進電機立即向相反方向轉動，轉動速度保持不變；此時若按下啟停鍵，步進電機停止轉動，LED數碼管停止顯示為0，符合設計要求。第5章總結經過老師耐心細