課題：液顯步進(jìn)電機(jī)控制

學(xué)生姓名：韓良指導(dǎo)老師：孫曉明10/8/20231專業(yè)：課題：液顯步進(jìn)電機(jī)控制

10/8/總體概述步進(jìn)電機(jī)具有控制簡(jiǎn)便，定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。鑒于傳統(tǒng)的脈沖系統(tǒng)移植性不好，本文采用51系列單片機(jī)AT89C51對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行軟件編程控制，以此代替脈沖發(fā)生器和脈沖分配器。通過軟件編程產(chǎn)生控制脈沖，并在IO口輸出時(shí)序方波作為控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的脈沖控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過高壓大電流達(dá)林頓晶體管ULN2003A驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，Ampire128*64顯示模塊，顯示步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀況。對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制是應(yīng)用五個(gè)鍵盤的按下產(chǎn)生信號(hào)輸入，通過程序?qū)Π存I進(jìn)行判斷，從而使電機(jī)運(yùn)行在所需的狀態(tài)。此設(shè)計(jì)通過軟件編程可以任意設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)和控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。以簡(jiǎn)化控制電路，降低生產(chǎn)成本，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和靈活性10/8/20232專業(yè)：總體概述步進(jìn)電機(jī)具有控制簡(jiǎn)便，定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的目錄總體方案設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介硬件模塊設(shè)計(jì)軟件模塊設(shè)計(jì)仿真調(diào)試結(jié)果總結(jié)10/8/20233專業(yè)：目錄總體方案設(shè)計(jì)10/8/20233專業(yè)：總體方案控制方案確定方案一：通過延時(shí)，延時(shí)方法是在每次換向之后調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序，待延時(shí)結(jié)束后再次執(zhí)行換向，這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的CP脈沖或換向周期。延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間與換向程序所用的時(shí)間和，就是CP脈沖的周期，該方法簡(jiǎn)單，占用資源少，全部由軟件實(shí)現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實(shí)現(xiàn)不同速度的運(yùn)行。但占用CPU時(shí)間長，不能在運(yùn)行時(shí)處理其他工作。因此只適合較簡(jiǎn)單的控制過程。10/8/20234專業(yè)：總體方案控制方案確定10/8/20234專業(yè)：方案二：定時(shí)方法是利用單片機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)器定時(shí)功能產(chǎn)生任意周期的定時(shí)信號(hào)，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出CP脈沖的周期。當(dāng)定時(shí)器啟動(dòng)后，定時(shí)器從裝載的初值開始對(duì)系統(tǒng)及其周期進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，定時(shí)器產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時(shí)中斷子程序。將電機(jī)換向子程序放在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，定時(shí)中斷一次，電機(jī)換向一次，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度控制。由于從定時(shí)器裝載完重新啟動(dòng)開始至定時(shí)器申請(qǐng)中斷止，有一定的時(shí)間間隔，造成定時(shí)時(shí)間增加，為了減少這種定時(shí)誤差，實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)，要對(duì)重裝的計(jì)數(shù)初值作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整的重裝初值主要考慮兩個(gè)因素一是中斷響應(yīng)所需的時(shí)間。二是重裝初值指令所占用的時(shí)間，包括在重裝初值前中斷服務(wù)程序重的其他指令因。綜合這兩個(gè)因素后，重裝計(jì)數(shù)初值的修正量取8個(gè)機(jī)器周期，即要使定時(shí)時(shí)間縮短8個(gè)機(jī)器周期。用定時(shí)中斷方式來控制電動(dòng)機(jī)變速時(shí)，實(shí)際上是不斷改變定時(shí)器裝載值的大小。在控制過程中，采用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。為了減少每步計(jì)算裝載值的時(shí)間，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就把各離散點(diǎn)的速度所由于本計(jì)是簡(jiǎn)單的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，所以相比較選擇方案一作控制方式。10/8/20235專業(yè)：方案二：10/8/20235專業(yè)：步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)選擇的是四相六線步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)為四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

10/8/20236專業(yè)：步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)選擇的是四相六線步進(jìn)電機(jī)，該步進(jìn)電機(jī)為四相驅(qū)動(dòng)電路確定本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)中受控電機(jī)為四相六線制的步進(jìn)電機(jī)（內(nèi)阻33歐，步進(jìn)1.8度，額定電壓12V）方案一：使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對(duì)四路信號(hào)分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來會(huì)不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。

方案二：使用ULN2003A芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)ULN2003A芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)。通過比較，使ULN2003A芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，且價(jià)格不高，故選用ULN2003A驅(qū)動(dòng)電機(jī)。而使用ULN2003A時(shí)，可以直接用單片機(jī)模擬出時(shí)序信號(hào)，由于控制并不復(fù)雜，故選用后者10/8/20237專業(yè)：驅(qū)動(dòng)電路確定10/8/20237專業(yè)：總體設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖AT89C51單片機(jī)12MHz晶振控制步進(jìn)電機(jī)開關(guān)ULN2003A驅(qū)動(dòng)電路四相六線步進(jìn)電機(jī)Ampire128*64顯示器10/8/20238專業(yè)：總體設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖AT89C5112MHz控制步進(jìn)ULN20硬件模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊簡(jiǎn)介1）VCC（40）：電源+5V。

2）VSS（20）：接地，也就是GND。

3）XTL1（19）和XTL2（18）：振蕩電路。

單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有脈沖信號(hào)才能工作，在它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時(shí)，需在XTL2上加外部時(shí)鐘信號(hào)（詳細(xì)的內(nèi)容將在以后的課程中專門介紹）。

10/8/20239專業(yè)：硬件模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊簡(jiǎn)介10/8/20239專業(yè)：4）PSEN（29）：片外ROM選通信號(hào)，低電平有效。

5）ALE/PROG（30）：地址鎖存信號(hào)輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。

6）RST/VPD（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端/備用電源輸入端。

7）EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM選擇

端

8）P0口（39-32）：雙向I/O口P1口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/0口。9）P2口（21-28）：準(zhǔn)雙向I/0口。原理圖如4-1所示：10/8/202310專業(yè)：4）PSEN（29）：片外ROM10/8/202310專業(yè)：P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。

P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它10/8/202311專業(yè)：10/8/202311專業(yè)：利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。

P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

口管腳備選功能

P3.0RXD（串行輸入口）

P3.1TXD（串行輸出口）

P3.2/INT0（外部中斷0）

P3.3/INT1（外部中斷1）

P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）

P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）

P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）

P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。

RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。10/8/202312專業(yè)：利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2鍵盤控制模塊按鍵控制主要是由5個(gè)單體開關(guān)在單片機(jī)P1.0-P1.4口，有上拉電阻，當(dāng)有開關(guān)按下時(shí)其輸入低電平同時(shí)啟動(dòng)外部，延時(shí)中斷分別控制其步進(jìn)電機(jī)正傳，反轉(zhuǎn)，停止，加速，減速。10/8/202313專業(yè)：鍵盤控制模塊10/8/202313專業(yè)：LCD顯示模塊引腳接線圖10/8/202314專業(yè)：LCD顯示模塊10/8/202314專業(yè)：軟件模塊設(shè)計(jì)主程序流程圖開始顯示初始化顯示不變量等待中斷正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停止加速減速調(diào)顯示分別調(diào)用指令有無中斷返回鍵值10/8/202315專業(yè)：軟件模塊設(shè)計(jì)主程序流程圖開始顯示初始化顯示不變量等待中斷正轉(zhuǎn)鍵盤程序設(shè)計(jì)延時(shí)消抖取P1口值正轉(zhuǎn)指令反轉(zhuǎn)指令停止指令加速指令減速指令有無鍵按下P1=0xff10/8/202316專業(yè)：鍵盤程序設(shè)計(jì)延時(shí)消抖取P1口值正轉(zhuǎn)指令反轉(zhuǎn)指令停止指令加速指顯示程序流程圖開始顯示上半字左半面寫指令頁寫指令行(col+16)<64寫左半面字顯示下半字寫字顯示寫字指令頁寫字指令行寫右半面字到有半面寫指令頁寫指令行寫字10/8/202317專業(yè)：顯示程序流程圖開始顯示上半字左半面寫指令頁寫指令行(col+總結(jié)本設(shè)計(jì)通過Keil軟件和Proteus軟件聯(lián)調(diào)軟件上機(jī)運(yùn)行我們可以看到其Ampire128*64顯示器可以顯示其要求的數(shù)字，分別控制鍵盤我們可以看到步進(jìn)電機(jī)可以正傳，反轉(zhuǎn)，停止，加速，減速。而且步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀況能夠正確的顯示在顯示器上。本設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)單片機(jī)在控制步進(jìn)電機(jī)方面的應(yīng)用。通過這次的課題設(shè)計(jì)使我在各個(gè)方面都有了很大的提高。首先，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的工作原理有了一定的了解，同時(shí)在在設(shè)計(jì)的過程中使我感覺到整體電路的綜合調(diào)試是非常重要，而且能夠?qū)W會(huì)熟練使用Proteus軟件和字模軟件。在編程的學(xué)習(xí)中，現(xiàn)在小程序可以很快的編出來通過這次學(xué)習(xí)，一次系統(tǒng)的編程所需要考慮到的問題，同時(shí)也找到一些問題，這將為我以后的學(xué)習(xí)起到很大的幫助。在本文完稿之際，我要衷心感謝我的指導(dǎo)老師孫老師，在論文成稿期間，無論在選題上，還是資料的應(yīng)用上，孫老師都給予我耐心細(xì)致的教導(dǎo)，在論文研究及撰寫過程中，孫老師提出了許多寶貴意見，我學(xué)到了許多課外的知識(shí)，使我的綜合能力得到了提升。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的敬業(yè)精神，誨人不倦的高尚師德，為我樹立了做人、做事的楷模，對(duì)我今后的人生之旅將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。10/8/202318專業(yè)：總結(jié)本設(shè)計(jì)通過Kei仿真調(diào)試結(jié)果10/8/202319專業(yè)：