1、廣西大學(xué)行健文理學(xué)院畢業(yè)論文 題目：基于89C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 部： 理工學(xué)部 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 2007級(jí)1班 學(xué) 號(hào)： 0738230126 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 二一一 年 六 月摘 要步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家用電器和儀器儀表當(dāng)中，它是一種性能良好的數(shù)字化執(zhí)行元件，它利用輸入脈沖與電機(jī)軸轉(zhuǎn)角成比例的特征，將脈沖轉(zhuǎn)變成角位移，因此非常適合單片機(jī)控制?；趩纹瑱C(jī)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，角度，速度，方向都能任意設(shè)置。本論文設(shè)計(jì)一個(gè)基于89C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，電力電子技術(shù)，單片機(jī)原

2、理，數(shù)字電路，模擬電路，脈寬調(diào)制等進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，以步進(jìn)電機(jī)，89C51單片機(jī)，ULN2003達(dá)林頓管，LCD1602液晶顯示器為主要硬件，以Keil uVision3集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的精確控制和數(shù)據(jù)檢測(cè)。本文主要介紹了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與器件選型，硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和Proteus仿真與實(shí)物驗(yàn)證。該系統(tǒng)以四相步進(jìn)電機(jī)為被控對(duì)象，包含步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和步進(jìn)電機(jī)主軸上的實(shí)物對(duì)象，通過(guò)單片機(jī)P1口控制輸入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率、個(gè)數(shù)和序列，可以得到精確的速度、步距角和運(yùn)行方向，并直觀的顯示在LCD1602液晶顯示器。該系統(tǒng)通過(guò)Proteus仿真和制作實(shí)物驗(yàn)證，根本

3、符合了設(shè)計(jì)要求，并完成了理論到實(shí)踐的聯(lián)結(jié)。 關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī) 脈寬調(diào)制 仿真 The stepper motor control system design based on the 89C51 monolithic AbstractStepper motors are widely used in industrial control, home appliances and instruments which, it is a good performance of digital implementation of components, it has input pulse

4、is proportional with the motor shaft angle characteristics, it pulses into angular displacement, so it is suitable for SCM. Microcontroller based control system designed to achieve a more complex control, angle, speed, direction can be set arbitrarily.The design of a thesis based on 89C51 microcontr

5、oller as the core of the stepper motor control system. he 89C51 microcontroller as the core system design using virtual simulation technology, power electronics technology, SCM principles, digital circuits, analog circuits, pulse-width modulation, modular design to the stepper motor, 89C51 microcont

6、roller, ULN2003 Darlington, LCD1602 LCD monitor as the main hardware to Keil uVision3 integrated development environment for software development platform, precision stepper motor control and data detection. this paper describes stepper motor control system design and component selection, hardware d

7、esign, software Proteus simulation and physical design and verification.The four-phase stepper motor system as the controlled object, including the stepper motor drive modules and stepper motor spindle physical object, through the control input port P1 microcontroller stepper motor drive pulse frequ

8、ency, number and sequence, can be accurate speed, step angle and the direction; and visual display in the LCD1602 LCD monitor. The system is produced by Proteus simulation and physical verification, in line with the design requirements, and completed link theory to practice. Keywords: Stepper motor

9、Microcontroller pulse-width modulation Simulation 不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296271107 第一章 緒論 PAGEREF _Toc296271107 h 2 HYPERLINK l _Toc296271108 1.1 課題研究的背景及意義 PAGEREF _Toc296271108 h 2 HYPERLINK l _Toc296271109 1.2 本課題研究國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)及意義 PAGEREF _Toc296271109 h 2 HYPERLINK l _Toc2

10、96271110 1.3 研究?jī)?nèi)容與安排 PAGEREF _Toc296271110 h 3 HYPERLINK l _Toc296271111 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與器件選型 PAGEREF _Toc296271111 h 4 HYPERLINK l _Toc296271112 2.1 引言 PAGEREF _Toc296271112 h 4 HYPERLINK l _Toc296271113 2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296271113 h 4 HYPERLINK l _Toc296271114 2.3 步進(jìn)電機(jī) PAGEREF _Toc296271114 h 5 HY

11、PERLINK l _Toc296271115 2.4 89C51單片機(jī) PAGEREF _Toc296271115 h 6 HYPERLINK l _Toc296271116 2.5 LCD1602液晶顯示器 PAGEREF _Toc296271116 h 6 HYPERLINK l _Toc296271117 2.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc296271117 h 7 HYPERLINK l _Toc296271118 第三章 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296271118 h 8 HYPERLINK l _Toc296271119 3.1 引言 PAGEREF _Toc2

12、96271119 h 8 HYPERLINK l _Toc296271120 3.2 驅(qū)動(dòng)電路 PAGEREF _Toc296271120 h 8 HYPERLINK l _Toc296271121 3.3 單片機(jī)系統(tǒng) PAGEREF _Toc296271121 h 9 HYPERLINK l _Toc296271122 3.4 LCD1602電路 PAGEREF _Toc296271122 h 9 HYPERLINK l _Toc296271123 3.5 鍵盤(pán)接口 PAGEREF _Toc296271123 h 10 HYPERLINK l _Toc296271124 3.6 本章小結(jié) P

13、AGEREF _Toc296271124 h 10 HYPERLINK l _Toc296271125 第四章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296271125 h 11 HYPERLINK l _Toc296271126 4.1 引言 PAGEREF _Toc296271126 h 11 HYPERLINK l _Toc296271127 4.2 程序流程圖 PAGEREF _Toc296271127 h 11 HYPERLINK l _Toc296271128 4.3 控制功能實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc296271128 h 12 HYPERLINK l _Toc296271129

14、 4.4 顯示功能實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc296271129 h 14 HYPERLINK l _Toc296271130 4.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc296271130 h 15 HYPERLINK l _Toc296271131 第五章 Proteus仿真與實(shí)物驗(yàn)證 PAGEREF _Toc296271131 h 16 HYPERLINK l _Toc296271132 5.1 引言 PAGEREF _Toc296271132 h 16 HYPERLINK l _Toc296271133 5.2 設(shè)計(jì)圖 PAGEREF _Toc296271133 h 16 HYPERL

15、INK l _Toc296271134 5.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc296271134 h 18 HYPERLINK l _Toc296271135 結(jié)論 PAGEREF _Toc296271135 h 19 HYPERLINK l _Toc296271136 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc296271136 h 20 HYPERLINK l _Toc296271137 附錄 PAGEREF _Toc296271137 h 21 HYPERLINK l _Toc296271138 致謝 PAGEREF _Toc296271138 h 29不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印緒

16、論課題研究的背景及意義 MACROBUTTON MTEditEquationSection2 方程段 1 節(jié) 1 SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec r 1 h * MERGEFORMAT SEQ MTChap r 1 h * MERGEFORMAT 本課題研究設(shè)計(jì)基于89C51單片機(jī)控制的4相步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)1-5，由單片機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方向和步進(jìn)速度，在液晶顯示器上顯示步進(jìn)角，步進(jìn)方向，和步進(jìn)速度，并通過(guò)仿真6軟件Proteus對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和測(cè)試。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。本人選擇該課題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅可以提

17、高自己的軟件編程和硬件電路設(shè)計(jì)能力，還可以提高自己動(dòng)手解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本課題研究國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)及意義步進(jìn)電機(jī)早在19世紀(jì)三十年代出現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)7，那時(shí)候的步進(jìn)電機(jī)只是一種自由旋轉(zhuǎn)的電磁鐵，工作原理如同今天的反響式步進(jìn)電機(jī)8，我國(guó)早在1958年就研制成功了反響式步進(jìn)電機(jī)，并且開(kāi)始將其應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，上世紀(jì)60年代中期，人們創(chuàng)造了永磁式和混合式步進(jìn)電機(jī)，不斷提高效率和降低功耗。國(guó)外方面，1952年美國(guó)麻省工學(xué)院首先研制成三坐標(biāo)銑床，傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)也已經(jīng)不能滿足要求，為了適應(yīng)這些要求，研制了一系列新的具備控制功能的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中便有步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)展與計(jì)算機(jī)工業(yè)密切相關(guān)，自從步進(jìn)電機(jī)在計(jì)算機(jī)外

18、圍設(shè)備中取代了小型直流電動(dòng)機(jī)以后，使其設(shè)備的性能提高，很快地促進(jìn)步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)展，另一方面，微型計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制技術(shù)的開(kāi)展，又將作為數(shù)控執(zhí)行部件的步進(jìn)電機(jī)推廣應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如電加工機(jī)床，醫(yī)療儀器，測(cè)量?jī)x器等?；?9C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)Single Chip Microcontroller，SCM，又稱為微控制器。它是指在一塊半導(dǎo)體芯片上集成了構(gòu)成計(jì)算機(jī)的根本要素，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著輸入脈沖頻率的變化而變化，調(diào)速范圍廣，靈敏度高，輸出轉(zhuǎn)角能控制，而且控制精度高，又能實(shí)現(xiàn)同步控制9，所以廣泛應(yīng)用于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)10中。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵組件之一，是一種性能良好的數(shù)字化執(zhí)行元

19、件，步進(jìn)電機(jī)的輸入脈沖與電機(jī)軸轉(zhuǎn)角成比例的特征，將脈沖轉(zhuǎn)變成角位移，因此非常適合于單片機(jī)控制。本課題采用STC89C51單片機(jī)11作為控制系統(tǒng)，集成有CPU，4KB的ROM，128字節(jié)RAM，4X8位并行I/O口，5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2X16可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，其特點(diǎn)如下:靈活性和適應(yīng)性。89C51單片機(jī)的控制方式由軟件完成，如需修改控制規(guī)律，只需修改程序即可，在系統(tǒng)調(diào)試和升級(jí)時(shí)，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，直到滿意。可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，而且精度很高?？商峁┤藱C(jī)操作界面。要用到鍵盤(pán)和顯示單元，實(shí)現(xiàn)完整的步進(jìn)電機(jī)控制。此外，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)常用的EDA軟件如Multisim、Protel、

20、OrCAD等12-14對(duì)涉及單片機(jī)的電路系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行仿真，利用Proteus的虛擬仿真技術(shù)15應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，具有明顯的經(jīng)濟(jì)性和很好的可移植性。采用此設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制方法線路簡(jiǎn)單可靠，比擬節(jié)約本錢。與一般驅(qū)動(dòng)器相比，除了不能細(xì)分之外，其它功能都可以實(shí)現(xiàn)，性價(jià)比很高。在醫(yī)療器械、機(jī)器人等沒(méi)有細(xì)分要求的場(chǎng)合，不失為一種理想的選擇。研究?jī)?nèi)容與安排熟悉和掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理及控制技術(shù)，然后通過(guò)仿真軟件設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的ULN2003A驅(qū)動(dòng)電路模塊，并給出詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路。熟悉和掌握C51單片機(jī)的接口技術(shù)，然后通過(guò)仿真軟件設(shè)計(jì)基于89C51單片機(jī)的鍵盤(pán)輸入、LCD輸出、步進(jìn)電機(jī)控制、單片機(jī)外部晶

21、振等接口電路。掌握和運(yùn)用C語(yǔ)言編程設(shè)計(jì)，然后按設(shè)計(jì)要求(啟/停,正/反轉(zhuǎn),速度等)編制程序，完成鍵盤(pán)處理與LCD顯示。熟悉運(yùn)用Proteus和KeilC51軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。觀察運(yùn)行模式下仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)要求是否相吻合。步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，加速，減速，停止，與LCD的顯示是否一致，在滿足設(shè)計(jì)要求下進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，如按鍵防抖動(dòng)調(diào)整。熟悉運(yùn)用protel設(shè)計(jì)制作PCB印刷電路。制作實(shí)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與器件選型引言 MACROBUTTON MTEditEquationSection2 方程段 2 節(jié) 1 SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec r 1 h *

22、MERGEFORMAT SEQ MTChap r 2 h * MERGEFORMAT 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用模塊化的方式進(jìn)行，本章節(jié)詳細(xì)講述該系統(tǒng)主要的四大部件步進(jìn)電機(jī)、89C51單片機(jī)、ULN2003達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)、LCD1602液晶顯示器的型號(hào)和適用范圍。先簡(jiǎn)明地畫(huà)出系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖，然后列出各器件的使用說(shuō)明，最后綜合各器件分析其合理性和可行性。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2.1所示，該設(shè)計(jì)完成基于89C51單片機(jī)的步距電機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)完成。硬件是整個(gè)系統(tǒng)的生命，軟件賦予了其靈魂，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程分三步：第一步，硬件設(shè)計(jì)，運(yùn)用Protel軟件完成各個(gè)外圍電路與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)，包括各

23、器件的型號(hào)，管腳分配，元器件的封裝形式。第二步，軟件設(shè)計(jì)，運(yùn)用Keil集成開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)完成系統(tǒng)的控制功能和顯示功能。第三步，仿真和實(shí)物驗(yàn)證，Proteus軟件完成模擬仿真電路，Protel軟件完成設(shè)計(jì)PCB印刷電路并制作實(shí)物。最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移或直線位移的執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)突出的特點(diǎn)通過(guò)控制輸入脈沖的頻率到達(dá)精確的調(diào)速。步進(jìn)電機(jī)的角位移量和輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖的時(shí)間同步，因此只要控制輸入脈沖的個(gè)數(shù)，電機(jī)繞組的通電相序，就可以獲得所需的步進(jìn)角和轉(zhuǎn)向。在沒(méi)有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的鼓勵(lì)下氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持

24、原有的的位置處于定位狀態(tài)，因此非常適合于單片機(jī)的控制。如圖2-2所示，本設(shè)計(jì)采用的28BJY-48型減速步進(jìn)電機(jī)，工作電壓5V，步進(jìn)角度：5.625X1/64，減速比1：64，是單極性直流供電的五線四相步進(jìn)電機(jī)。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)四相繞組按一定是時(shí)序通電，步進(jìn)電機(jī)就能轉(zhuǎn)動(dòng)，四相步進(jìn)電機(jī)按照通電的時(shí)序不同，可分為單四拍，雙四拍即AB-BC-CD-DA-AB，八拍A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A三種工作方式，單四拍與雙四拍步距角相同，單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩比八拍的小，因?yàn)榘伺牡墓ぷ鞣绞降牟骄嘟鞘菃嗡呐暮碗p四拍的一半，八拍既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩有能夠提高控制精度，所以本設(shè)計(jì)采用八拍作為步進(jìn)電機(jī)的工

25、作方式。圖2-2 步進(jìn)電機(jī)通電繞組示意圖89C51單片機(jī)輸出的脈沖驅(qū)動(dòng)能力有限，不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，需要經(jīng)過(guò)一級(jí)功率放大，即功率驅(qū)動(dòng)電路。單極性和雙極性是步進(jìn)電機(jī)常采用的兩種驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用的是單極性功率驅(qū)動(dòng)電路，雙列直插式16腳封裝，將89C51單片機(jī)發(fā)出了脈沖信號(hào)通過(guò)ULN2003達(dá)林頓管放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。89C51單片機(jī)89C51單片機(jī)一般采用40個(gè)引腳封裝的雙列直插DIP方式，采用CHMOS工藝制造的低功耗機(jī)型，在型號(hào)中間加一個(gè)“C字母作為識(shí)別。本設(shè)計(jì)采用STC的89C51，其應(yīng)用于本設(shè)計(jì)的功能如下：并行I/O口89C51的4個(gè)8位并行I/O口，分別為P0、P1、P2、P3。除了

26、P1口為單一功能，其余的3個(gè)端口還分別具有各自不同的第二功能，本設(shè)計(jì)采用P1口低四位作為脈沖序列輸出端，P0口作為L(zhǎng)CD的數(shù)據(jù)信號(hào)端，P2口前4位做LCD的控制使能端，P3口作為按鍵輸入信號(hào)端。通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。復(fù)位復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只要給復(fù)位引腳RST9引腳加上兩個(gè)周期以上的高電平信號(hào)，就可以使89C51單片機(jī)復(fù)位，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，需要采用按鍵的方式進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)周期的S5P5，施密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需的信號(hào)。89C51復(fù)位是由

27、外部復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，復(fù)位通常采用自動(dòng)上電復(fù)位，按鍵復(fù)位兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)采用按鍵手動(dòng)復(fù)位，詳細(xì)參見(jiàn)內(nèi)容。串口通信89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工的通用異步接受發(fā)送器UART用于串口通信，P3.1TXD發(fā)送端，P3.2RXD接收端，使用這個(gè)通信口實(shí)現(xiàn)串行異步通信，進(jìn)行下載軟件等操作。由于現(xiàn)在大多數(shù)個(gè)人計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的都是usb2.0接口，摒棄了傳統(tǒng)的串行接口，所以單片機(jī)與計(jì)算機(jī)通信就需要USB轉(zhuǎn)串口，本設(shè)計(jì)采用PL-2303HX芯片電路進(jìn)行TTL電平轉(zhuǎn)換，采用USB2.0轉(zhuǎn)RS232接口與計(jì)算機(jī)通信。鍵盤(pán)鍵盤(pán)實(shí)際上就是一個(gè)開(kāi)關(guān)，連接到電源地，鍵盤(pán)閉合邏輯狀態(tài)為“0，鍵盤(pán)斷開(kāi)為“1，本設(shè)計(jì)采用

28、獨(dú)立式按鍵鍵盤(pán)，4X2mil封裝，軟件掃描按鍵與單片機(jī)接口電平的狀態(tài)，軟件延時(shí)消除按鍵抖動(dòng)的方法實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)輸入功能。LCD1602液晶顯示器LCD1602的可以顯示16X2個(gè)字符，工作電壓為4.55V，工作電流2mA，本設(shè)計(jì)采用單列直插式16腳封裝LCD1602，用以顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，圈數(shù)，方向和速度。該液晶顯示器還可以自由調(diào)節(jié)亮度。本章小結(jié)通過(guò)分析步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)和液晶顯示器的原理和特性，我們可以得出結(jié)論，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是合理和可行的。為后面的硬件設(shè)計(jì)和軟件搭建理論框架，提供參考和根底。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成器件還包括鍵盤(pán)和一些小的元器件，比方電阻，電容，電源開(kāi)關(guān)等；它們和4大部件共同組成了

29、一個(gè)基于89C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)引言 MACROBUTTON MTEditEquationSection2 方程段 3 節(jié) 1 SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec r 1 h * MERGEFORMAT SEQ MTChap r 3 h * MERGEFORMAT 本章內(nèi)容是運(yùn)用Protel軟件設(shè)計(jì)硬件電路原理圖，原理圖大致分為四個(gè)局部，分別為驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)系統(tǒng)，LCD1602電路，鍵盤(pán)輸入電路。驅(qū)動(dòng)電路如圖3-1所示，ULN2003是高耐壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列元器件，每一對(duì)達(dá)林頓管串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻，在5V工作電壓下和T

30、TL或CMOS電路相連，經(jīng)過(guò)ULN2003放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3-1 ULN2003達(dá)林頓管芯片電路圖圖3-2 ULN2003達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)電路圖單片機(jī)系統(tǒng)如圖3-3所示，由89C51單片機(jī)及其外接12M晶振至XTAL119、XTAL218引腳組成外部時(shí)鐘電路和手動(dòng)按鍵復(fù)位電路RST9引腳組成的51單片機(jī)最小系統(tǒng)。圖3-3 單片機(jī)最小系統(tǒng)示意圖LCD1602電路如圖3-4所示，單片機(jī)的P0口作為L(zhǎng)CD1602液晶顯示單元的數(shù)據(jù)接口， P2.0、P2.1、P2.2作為控制使能端。詳細(xì)管腳分配參見(jiàn)表3-1表3-1 LCD1602管腳分配表編號(hào)定義管腳分配1Vss電源地/2Vdd正極/3VL電源偏

31、壓/4RSP2.05RWP2.16EP2.2714數(shù)據(jù)接口P0.0P0.715背光正/16背光負(fù)/圖3-4 LCD1602電路圖鍵盤(pán)接口鍵盤(pán)P3.2、P3.3、P3.4、P3.5作為鍵盤(pán)輸入信號(hào)端。公共端接電源地，按鍵為常開(kāi)觸點(diǎn)，按鍵閉合時(shí)接口邏輯電平置“0。圖3-5 鍵盤(pán)輸入電路圖本章小結(jié)原理圖設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)碰到有些元器件找不到的問(wèn)題，可以直接創(chuàng)立一個(gè)封裝庫(kù)，自己新建一個(gè)元件。最好把所需要用到的元件放在一起，這樣方便下次調(diào)用元件。軟件設(shè)計(jì)引言軟件設(shè)計(jì)主要工作是控制功能和顯示功能的實(shí)現(xiàn)。本章節(jié)內(nèi)容是運(yùn)用Keil uVision3集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并采用C語(yǔ)言編寫(xiě)軟件程序。程序流程圖清晰的

32、描述了該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的全過(guò)程，為了表達(dá)不至于冗長(zhǎng)累贅，本章節(jié)從中篩選一些關(guān)鍵的程序片段進(jìn)行說(shuō)明程序流程圖 SKIPIF 1 0 圖4-1 程序流程圖控制功能實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能是控制步進(jìn)電機(jī)的啟停，正反轉(zhuǎn)，加減速和步距角，通過(guò)控制脈沖輸出順序和脈沖個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)上述功能，單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)初始化后，進(jìn)入按鍵掃描程序，等待用戶操作，當(dāng)按下相應(yīng)的設(shè)置按鍵，在按下啟停鍵后，啟動(dòng)定時(shí)器T0中斷，進(jìn)入中斷效勞程序，系統(tǒng)便按照設(shè)定的參數(shù)和模式向P1口傳送脈沖信號(hào)序列。啟?？刂仆ㄟ^(guò)控制啟停標(biāo)志位置“1或置“0，中斷響應(yīng)輸出或關(guān)閉中斷。 if(K1=0) beep(); while(K1=0); /等待鍵釋放 on

33、_off=on_off; /啟停標(biāo)志位，每次按鍵按下取反切換 motor_RUN(); /運(yùn)行并顯示 /K1 end步進(jìn)角控制該步進(jìn)電機(jī)為減速電機(jī)，減速比為1：64，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈需要輸入64個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)過(guò)的角位移量用 SKIPIF 1 0 表示，那么 SKIPIF 1 0 4-1步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度為5.625控制圈數(shù)即可控制其步進(jìn)角。 if(K2=0) beep(); if(snum_dr=1) snum+; /圈數(shù)標(biāo)志位，每次按鍵按下圈數(shù)自加1 snum1=snum; if(snum=0 x14) snum_dr=snum_dr; /大于設(shè)定圈數(shù)，取反 else snum-; /圈數(shù)自

34、減1 snum1=snum; if(snum=0 x01) snum_dr=snum_dr; /K2 end正、反轉(zhuǎn)控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，單片機(jī)P1口輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖序列為從上到下；將單片機(jī)反向輸出該組序列即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)。表4-1 步進(jìn)電機(jī)四相八拍正轉(zhuǎn)表轉(zhuǎn)向Ap1.0Bp1.1Cp1.2Dp1.316進(jìn)制正轉(zhuǎn)11100 x0E10100 x0A10110 x0B10010 x0911010 x0D01010 x0501110 x0701100 x06加、減速控制步進(jìn)電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)一圈那么需要64 SKIPIF 1 0 64步，即4096步，通過(guò)細(xì)分步數(shù)就可以到達(dá)調(diào)速的目的。下面也是通過(guò)按鍵掃

35、描后整定參數(shù)，中斷時(shí)執(zhí)行。 if(K4=0) beep(); if(rate_dr=1) rate+; /速度自加1 if(rate=0 x10) rate_dr=rate_dr; /速度標(biāo)志位取反，速度減小 else rate-; /速度自減1 if(rate=0 x01) rate_dr=rate_dr; /速度標(biāo)志位取反，速度增大 /K4 end中斷效勞程序void motor_onoff() interrupt 1 TL0 = 0 x33; TH0 = 0 xf5; q+; if(q rate) return; else q=0; number+; /脈沖計(jì)數(shù) if(number=64

36、) /64個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈 snum-; number=0; number1+; /電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) if(direction=1) /方向標(biāo)志 if(v8) P1 = FFWv;v+; /取數(shù)據(jù)，正轉(zhuǎn) if(v=8) v=0; else if(v8) P1 = REVv;v+; /取數(shù)據(jù)，反轉(zhuǎn) if(v=8) v=0; 顯示功能實(shí)現(xiàn)顯示功能是本系統(tǒng)的重要組成局部。首先，程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)對(duì)LCD進(jìn)行初始化設(shè)置，然后，載入定時(shí)器初值，其次，判斷LCD是否可以寫(xiě)入，不忙那么進(jìn)入下一步，依次顯示運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行方向標(biāo)志，速度、圈數(shù)。最后鍵盤(pán)掃描，判斷各項(xiàng)標(biāo)志，等待進(jìn)入中斷效勞程序，返回進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期。通

37、過(guò)程序的片段說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)該功能，附錄有詳細(xì)的代碼。顯示運(yùn)行狀態(tài)void motor_RUN() if(on_off=1) TR0=1; lcd_pos(0); /設(shè)置顯示位置為第一行的第1個(gè)字符 m = 0; while(cdis5m != 0) lcd_wdat(cdis5m); /運(yùn)行狀態(tài)：RUNNING m+; motor_DR(); /顯示運(yùn)行方向標(biāo)志 else TR0=0; P0 =0 x0f; lcd_pos(0); /設(shè)置顯示位置為第一行的第1個(gè)字符 m = 0; while(cdis3m != 0) lcd_wdat(cdis3m); /STOP m+; motor_DR();

38、 snum=snum1; number1=0; /清圈數(shù)計(jì)數(shù)器 MACROBUTTON MTEditEquationSection2 方程段 4 節(jié) 1 SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec r 1 h * MERGEFORMAT SEQ MTChap r 4 h * MERGEFORMAT 本章小結(jié)程序設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言。因?yàn)镃語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，可產(chǎn)生緊湊代碼。C語(yǔ)言相對(duì)匯編語(yǔ)言比擬簡(jiǎn)單明了，僅要求對(duì)8051的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)了解，可讀性比擬強(qiáng)，編程和調(diào)試時(shí)間顯著縮短，且容易移植。所以C語(yǔ)言運(yùn)用相對(duì)較好。程序設(shè)計(jì)的時(shí)候注意問(wèn)題就是標(biāo)注要整齊標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)頭要聲明好函數(shù)

39、和變量。養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣可以事半功倍。Proteus仿真與實(shí)物驗(yàn)證引言 MACROBUTTON MTEditEquationSection2 方程段 6 節(jié) 1 SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec r 1 h * MERGEFORMAT SEQ MTChap r 5 h * MERGEFORMAT 硬件和軟件設(shè)計(jì)都完成后，系統(tǒng)的仿真電路采用Proteus設(shè)計(jì)，PCB印刷電路板采用Protel設(shè)計(jì)，實(shí)物電路板的制作采用熱轉(zhuǎn)印法完成。然后焊接外圍電路完成實(shí)物制作，控制系統(tǒng)完成后，我們參加一個(gè)控制對(duì)象DIY，實(shí)物演示步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加減速和精確控制步距角等

40、，同時(shí)LCD1602顯示器顯示所有的運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)計(jì)圖圖5.1 Proteus仿真運(yùn)行狀態(tài)圖ABCD圖5.2 Proteus仿真運(yùn)行正轉(zhuǎn)波形圖ABCD 圖5.3 Proteus仿真運(yùn)行反轉(zhuǎn)波形圖圖5-4 PCB印刷電路圖本章小結(jié)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠的原那么，實(shí)物采用熱轉(zhuǎn)印法制作印刷電路板，目的是為了讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)得美觀而又實(shí)用，該設(shè)計(jì)還參加一個(gè)控制對(duì)象DIY，它裝置在步進(jìn)電機(jī)的主軸上，這樣設(shè)計(jì)比擬容易實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，根本上可以到達(dá)設(shè)計(jì)要求。結(jié)論本畢業(yè)設(shè)計(jì)從3月11日開(kāi)始?xì)v時(shí)三個(gè)月左右的時(shí)間，我在這段時(shí)間里通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，翻譯英文文獻(xiàn)等一系列畢業(yè)設(shè)計(jì)的前期工作，我學(xué)到了如何

41、自己開(kāi)始設(shè)計(jì)一樣屬于自己的東西。然后我在進(jìn)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和硬件的選型，對(duì)我設(shè)計(jì)的題目基于C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)有一個(gè)從局部到整體的全局觀，我就先從硬件電路設(shè)計(jì)入手，我采用了倒序的方法完成我的設(shè)計(jì)，首先，我準(zhǔn)備了畢業(yè)設(shè)計(jì)的所需要到的器件，經(jīng)過(guò)制電路板，焊接，調(diào)試把實(shí)物制作出來(lái)，其次，進(jìn)入軟件設(shè)計(jì)階段，軟件設(shè)計(jì)其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是讓機(jī)器按照你的意思去工作，當(dāng)單片機(jī)成功運(yùn)行起來(lái)的時(shí)候，令我有一種成功的喜悅感。這種成功的感覺(jué)會(huì)讓我不斷的去學(xué)習(xí)和改良。下面是我回憶本設(shè)計(jì)中遇到的一些實(shí)際問(wèn)題和如何解決這些問(wèn)題。簡(jiǎn)要概述如下：首先，電路原理圖運(yùn)用PORTEL軟件設(shè)計(jì)，元件庫(kù)沒(méi)有的元件必須要自己建立，在

42、設(shè)計(jì)PCB印刷電路圖時(shí)最好自己建立一個(gè)封裝庫(kù)，還有學(xué)會(huì)使用快捷鍵操作也是必要的，這樣在設(shè)計(jì)原理圖時(shí)會(huì)更有效率。然后，程序設(shè)計(jì)要標(biāo)準(zhǔn)書(shū)寫(xiě)，必要的時(shí)候多添加一些標(biāo)注，方便記憶。按鍵掃描采用的是順序結(jié)構(gòu)而不是選擇結(jié)構(gòu)，這點(diǎn)要清楚。其次，軟件下載要注意選擇的是什么系列的單片機(jī)芯片，只有STC的才需要用到USB轉(zhuǎn)RS232數(shù)據(jù)線。最后，制作實(shí)物時(shí)焊接有很多考前須知，最主要的是判斷器件的各個(gè)引腳是不是和原理圖是一樣的，不一樣就要按照實(shí)物的管腳接，焊接時(shí)還要注意焊接溫度，不要在同一焊點(diǎn)停留太久，以免燒毀元件。還有許多需要注意的地方不能詳盡說(shuō)明，需要在實(shí)踐操作中去體會(huì)和摸索，對(duì)該設(shè)計(jì)我相信還有許多能夠改良的地

43、方，我愿意虛心接受批評(píng)和建議，爭(zhēng)取做的更好。參考文獻(xiàn)盧超.基于Proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)J.實(shí)驗(yàn)室研究與探索.2021.6(6):54-57.盧超.分布式礦井溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.煤炭科學(xué)技術(shù).2007(12).51-54.盧超.單片機(jī)與PC機(jī)的通信設(shè)計(jì)J.工礦自動(dòng)化.2007.(5):116-118.盧超.負(fù)反響放大電路的仿真設(shè)計(jì)J.現(xiàn)代電子技術(shù).2006(16):115-117.盧超. 基于單片機(jī)的睡眠定時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置J . 醫(yī)療設(shè)備信息,2007 ,22 (8) :16 - 181盧超.PVDF型脈搏傳感器信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)J.齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版.2021(6):6-1

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46、p_();unsigned char code FFW8=0 xfe,0 xfc,0 xfd,0 xf9,0 xfb,0 xf3,0 xf7,0 xf6; /反轉(zhuǎn)unsigned char code REV8=0 xf6,0 xf7,0 xf3,0 xfb,0 xf9,0 xfd,0 xfc,0 xfe; /正轉(zhuǎn)sbit K1 = P32; /運(yùn)行與停止sbit K2 = P33; /設(shè)定圈數(shù)sbit K3 = P34; /方向轉(zhuǎn)換sbit K4 = P35; /速率調(diào)整sbit LCD_RS = P20; sbit LCD_RW = P21;sbit LCD_EN = P22;bit on_

47、off=0; /運(yùn)行與停止標(biāo)志bit direction=1; /方向標(biāo)志bit rate_dr=1; /速率標(biāo)志bit snum_dr=1; /圈數(shù)標(biāo)志uchar code cdis1 = NO.0738230126 ;uchar code cdis2 = 2010/4/19;uchar code cdis3 = STOP ;uchar code cdis4 = NUM: RATE: ;uchar code cdis5 = RUNNING ;uchar m,v=0,q=0;uchar number=0,number1=0; uchar snum=20,snum1=20; /預(yù)設(shè)定圈數(shù)ucha

48、r rate=3; /預(yù)設(shè)定速率uchar data_temp,data_temP0,data_temp2; /*/* /* 延時(shí)t毫秒 /* 11.0592MHz時(shí)鐘，延時(shí)約1ms /* /*/void delay(uint t) uchar k; while(t-) for(k=0; k124; k+) /*/void delayB(uchar x) /x*0.14MS uchar i; while(x-) for (i=0; i13; i+) /*/* /*檢查L(zhǎng)CD忙狀態(tài) /*lcd_busy為1時(shí)，忙，等待。為0時(shí),閑，可寫(xiě)指令與數(shù)據(jù)。 /* /*/ bit lcd_busy() b

49、it result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; delayNOP(); result = (bit)(P0&0 x80); LCD_EN = 0; return(result); /*/* /*寫(xiě)指令數(shù)據(jù)到LCD /*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。 /* /*/void lcd_wcmd(uchar cmd) while(lcd_busy(); LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; delayNOP(); LCD_EN = 1; dela

50、yNOP(); LCD_EN = 0; /*/* /*寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)到LCD /*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。 /* /*/void lcd_wdat(uchar dat) while(lcd_busy(); LCD_RS = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; P0 = dat; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0; /*/* /* LCD初始化設(shè)定 /* /*/void lcd_init() delay(30); lcd_wcmd(0 x38); /16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù) delay(

51、5); lcd_wcmd(0 x38); delay(5); lcd_wcmd(0 x38); delay(5); lcd_wcmd(0 x0c); /顯示開(kāi)，關(guān)光標(biāo) delay(5); lcd_wcmd(0 x06); /移動(dòng)光標(biāo) delay(5); lcd_wcmd(0 x01); /去除LCD的顯示內(nèi)容 delay(5);/*/* /* 設(shè)定顯示位置 /* /*/void lcd_pos(uchar pos) lcd_wcmd(pos | 0 x80); /數(shù)據(jù)指針=80+地址變量/*/* /* LCD1602初始顯示子程序 /* /*/void LCD_init_DIS() delay

52、(10); /延時(shí) lcd_init(); /初始化LCD lcd_pos(0); /設(shè)置顯示位置為第一行的第1個(gè)字符 m = 0; while(cdis1m != 0) /顯示字符 lcd_wdat(cdis1m); m+; lcd_pos(0 x40); /設(shè)置顯示位置為第二行第1個(gè)字符 m = 0; while(cdis2m != 0) lcd_wdat(cdis2m); /顯示字符 m+; delay(3000); /延時(shí) lcd_pos(0); /設(shè)置顯示位置為第一行的第1個(gè)字符 m = 0; while(cdis3m != 0) /顯示字符 lcd_wdat(cdis3m); m+

53、; lcd_pos(0 x40); /設(shè)置顯示位置為第二行第1個(gè)字符 m = 0; while(cdis4m != 0) lcd_wdat(cdis4m); /顯示字符 m+; for(m=0;m2;m+) lcd_pos(0 x0c+m); /顯示方向符號(hào) lcd_wdat(0 x3e); /*/*/*數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序/*/*/void data_conv() data_temP0=data_temp/10; /高位 if(data_temP0=0) data_temP0=0 x20; /高位為0不顯示 else data_temP0=data_temP0+0 x30; data_temp2=data_temp%10; /低位 data_temp2=data_temp2+0 x30; /*/*/*數(shù)據(jù)顯示子程序/*/*/void data_dis() data_temp = snum; /顯示圈數(shù) data_conv(); lcd_pos(0 x44); lcd_wdat(data_temP0); lcd_pos(0 x45); lcd_wdat(