步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計報告

1、<p>　　課 程 設(shè) 計</p><p>　　課程名稱 微機原理與應(yīng)用 </p><p>　　課題名稱 步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè) *** </p><p>　　班 級 ***

2、 </p><p>　　學(xué) 號 **** </p><p>　　姓 名 *** </p><p>　　指導(dǎo)教師 *** </p>

3、<p>　　2011年 6 月 27日</p><p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p>　　課程名稱 微機原理與應(yīng)用 </p><p>　　課 題 步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　專業(yè)班級 *** </p>

4、<p>　　學(xué)生姓名 *** </p><p>　　學(xué) 號 *** </p><p>　　指導(dǎo)老師 *** </p><p>　　審

5、批 </p><p>　　任務(wù)書下達日期 2011年 6月 27日</p><p>　　任務(wù)完成日期 2011年7 月 8日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 概述1</b></p&

6、gt;<p>　　1.1 單片機概述1</p><p>　　1.2 步進電機概述2</p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案方框圖3</p><p>　　第3章 硬件介紹與說明4</p

7、><p>　　3.1 開發(fā)板按鍵硬件連接及實物說明4</p><p>　　3.2 開發(fā)板數(shù)碼管硬件連接及實物說明5</p><p>　　3.3 開發(fā)板步進電機硬件連接及實物圖6</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計流程7</p><p>　　4.1 系統(tǒng)整體流程概述7</p><p>　

8、　4.2 系統(tǒng)整體流程圖8</p><p>　　第5章 調(diào)試結(jié)果與說明9</p><p>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試9</p><p>　　5.2 調(diào)試說明9</p><p>　　5.3 調(diào)試結(jié)果10</p><p>　　第6章 總結(jié)12</p><p><b>　　參考文獻

9、13</b></p><p><b>　　附錄14</b></p><p>　　附錄A 系統(tǒng)原理圖14</p><p>　　附錄B 程序清單15</p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p><b>　　1.1 單片機概述&

10、lt;/b></p><p>　　單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上?！　纹瑱C也被稱為微控制器（Microcontr

11、oller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。AT89系列單片機。他不但具有一般MCS-51單片機的所有特性，而且還擁有一些獨特的優(yōu)點，此次設(shè)計中所用到的STC90C5

12、2RC就是其中典型的代表。</p><p>　　STC單片機是以51內(nèi)核為主的單片機 ： </p><p>　　●高速:1個時鐘/機器周期,增強型8051內(nèi)核,速度比普通8051快8～12倍●寬電壓:5.5～4.1V/3.7V,3.6V～2.4V/2.1V(STC11/10L系列)●低功耗設(shè)計:空閑模式(可由任意一個中斷喚醒)●低功耗設(shè)計:掉電模式(可由任意一個外部中斷喚醒,可支持

13、下降沿/低電平和遠程喚醒,STC11xx系列還可通過內(nèi)部專用掉電喚醒定時器喚醒)●工作頻率:0～35MHz,相當(dāng)于普通8051:0～420MHz。</p><p>　　1.2 步進電機概述</p><p>　　步進電機是一種感應(yīng)電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時

14、序控制器 </p><p>　　感應(yīng)子式步進電機與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進電機相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。 感應(yīng)子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個四相電機可以作四相運行，也可

15、以作二相運行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動），而反應(yīng)式電機則不能如此。例如：四相，八相運行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運行方式。</p><p>　　一個二相電機的內(nèi)部繞組與四相電機完全一致，小功率電機一般直接接為二相，而功率大一點的電機，為了方便使用，靈活改變電機的動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。完

16、成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍運動方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。</p><p>　　雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、

17、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。 </p><p>　　第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路</p><p>　　本系統(tǒng)，通過選取單片機的四個獨立鍵盤作為信號控制的按鍵輸入，并連接到單片機的P3口，通過單片機內(nèi)部的處理將鍵盤的輸入信號讀入并執(zhí)行相應(yīng)的動作，并從P,0，P2口分別接數(shù)碼管的段選端和位選端，從而使得四位數(shù)碼管能按指定

18、要求顯示指點的檔位加減，和步進電機運行狀態(tài)的效果。同時利用程序?qū)Σ竭M電機（本方案中采取四項四拍的方式）實施與數(shù)碼管同步的相應(yīng)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而使得整個步進電機控制系統(tǒng)得以準確的實現(xiàn)。具體設(shè)計方框圖如下。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案方框圖</p><p>　　圖2.1 總體總體設(shè)計方案方框圖</p><p>　　第3章 硬件介紹與說明</p&g

19、t;<p>　　本系統(tǒng)采用自備的STC89C54RD+系列的單片機開發(fā)板進行硬件搭接與調(diào)試，并利用C語言編程來實現(xiàn)硬件的既定功能。下面就對此些列開發(fā)板的硬件電路原理圖進行相應(yīng)的說明。</p><p>　　3.1 開發(fā)板按鍵硬件連接及實物說明</p><p>　　圖3.1 按鍵硬件連接及實物圖</p><p>　　圖中S1~S4可以配置成獨立按鍵，即通過

20、一個眺冒J11切換，在獨立鍵盤配置中，應(yīng)該把眺冒跳到左端，此時獨立鍵盤才有效，由于，此個步進電機控制系統(tǒng)中所用的按鍵剛好四個即可滿足要求，因此，系統(tǒng)中采用獨立鍵盤。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計通過四個獨立按鍵S1，S2，S3，S4接入單片機P3口前四位，當(dāng)S1鍵按下時，步進電機正轉(zhuǎn)，當(dāng)S2鍵按下時，步進電機反轉(zhuǎn)，當(dāng)S3鍵按下時，步進電機通過按鍵的次數(shù)來增大步進電機的脈沖頻率從而在原有的轉(zhuǎn)速上進行加速，當(dāng)S4鍵

21、按下時，步進電機通過按鍵的次數(shù)來減小步進電機的脈沖頻率從而在原有的轉(zhuǎn)速上進行減速。由此，通過四個按鍵的控制即可實現(xiàn)步進電機的準確控制。</p><p>　　3.2 開發(fā)板數(shù)碼管硬件連接及實物說明</p><p>　　圖3.2 數(shù)碼管硬件連接及實物圖</p><p>　　圖中74HC573 11腳接VCC，鎖存不起作用，相當(dāng)于直通，相應(yīng)的段賦值為1，A,B,C賦值0

22、~7，則輸出端分別是Y0~Y7置0，從而選通七個數(shù)碼管，在此步進電機控制系統(tǒng)中僅使用三個數(shù)碼管，一個用來顯示電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)，另外兩個用來顯示電機轉(zhuǎn)速的不同檔位。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計通過P0口控制數(shù)碼管的段選，P2口控制數(shù)碼管的八位數(shù)碼管的位選，利用數(shù)碼管的動態(tài)掃描選通數(shù)碼管的1,4,5位數(shù)碼管，其中第1位為電機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，4,5位顯示一個十位數(shù)以用來表示電機轉(zhuǎn)動速度及檔位的顯示。</p>

23、<p>　　3.3 開發(fā)板步進電機硬件連接及實物圖</p><p>　　圖3.3 步進電機硬件連接及實物圖</p><p>　　圖中ABCD為4相信號輸入端，此端默認為懸空，需要用4根杜邦線連接至單片機I/O口，在此系統(tǒng)中，在軟件中定義ABCD 4相分別為P1.0，P1.1, P1.2，P1.3,即可利用4根杜邦線將其連接即可。</p><p>　　本系統(tǒng)

24、設(shè)計接的是四項的步進電機，每項分別接到P1.0，P1.1，P1.2，P1.3端口上，并通過程序來控制P1高低電平的循環(huán)輸出。由于此電機利用的是四項四拍方式來驅(qū)動電機，因此，通過程序中的設(shè)置從而選擇合適的脈沖輸出頻率從P1口的轉(zhuǎn)換成高低電平信號輸出，從而可以有效的驅(qū)動電機。</p><p>　　第4章 軟件設(shè)計流程 </p><p>　　4.1 系統(tǒng)整體流程概述</p>&l

25、t;p>　　本系統(tǒng)通過C語言編程，其中包括數(shù)碼管顯示部分，鍵盤掃描部分，步進電機控制部分三個主要部分，</p><p>　　進入程序先給數(shù)碼管初始化然后設(shè)置中斷的工作狀態(tài)同時開啟總中斷，然后進入鍵盤掃描程序部分，首先判斷S1鍵的狀態(tài)，并通過按鍵的去抖程序后，給檔位進行初始設(shè)置,同時設(shè)置標志位為1。然后在保證S2鍵沒有按下的前提下進入轉(zhuǎn)速控制子模塊并開始檢測S3，S4鍵的狀態(tài)，并分別在相應(yīng)的鍵按下時對檔位進行

26、相應(yīng)的加減，并同步修改電機的轉(zhuǎn)速參數(shù)。之后，再對中斷裝入初值，S1鍵按下的程序中開啟中斷，從而程序進入中斷并通過標志位的選擇從而進入電機正反轉(zhuǎn)的程序，并最后進入數(shù)碼管的動態(tài)掃描。同理可以對S2鍵進行掃描，流程與上相似。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)整體流程圖</p><p>　　圖4.1系統(tǒng)工作流程圖</p><p>　　第5章 調(diào)試結(jié)果與說明</p&g

27、t;<p><b>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　本系統(tǒng)調(diào)試過程中采用直接硬件調(diào)試的方法，對整體的系統(tǒng)程序進行分解排故，首先對八段顯像管進行數(shù)字顯示測試，然后對鍵盤進行按鍵響應(yīng)測試，當(dāng)測試都得到正確結(jié)果時，將鍵盤與顯示結(jié)合起來，并給予恰當(dāng)?shù)淖中痛a，最后加入定時器中斷程序，給出正確的脈沖信號和頻率。</p><p><b>　

28、　5.2 調(diào)試說明</b></p><p>　　在調(diào)試過程中出現(xiàn)了不少問題，通過不同方法得到了解決，在此逐一進行說明：</p><p>　?。?）顯示管出現(xiàn)不停閃爍，不能清晰顯示的問題，后查出由于延時程序過長沒有小于眼鏡分辨頻率所致，縮短定時器定時后解決。</p><p>　?。?）按鍵出現(xiàn)按下一鍵響應(yīng)多次的情況，后查出由于鍵位抬起子程序書寫不當(dāng)，造成鍵

29、盤多次響應(yīng)，并加上了松手去抖程序后問題得以順利解決。</p><p>　　（3）在設(shè)計中斷初值重裝的時候，發(fā)現(xiàn)要適時的修改步進電機的脈沖頻率，可以直接將控制電機轉(zhuǎn)速參數(shù)的量直接賦到初值里面，這樣的效果比通過固定初值再去計數(shù)的效果要好</p><p><b>　　5.3 調(diào)試結(jié)果</b></p><p>　　圖5.1 電機正轉(zhuǎn)顯示效果圖</

30、p><p>　　圖5.2 電機反轉(zhuǎn)顯示效果圖</p><p>　　圖5.3 電機最高檔位顯示效果圖</p><p>　　圖5.4 電機最低檔位顯示效果圖</p><p><b>　　第6章 總結(jié)</b></p><p>　　這次單片機課程設(shè)計讓我獲益很多，由于先前我自己已經(jīng)對單片機的基本功能都有個比

31、較具體的了解，因此，對于這個課程設(shè)計我并不是很擔(dān)心，因此，對于選題我也并不是很在意，那天老師給我們布置了課題后，我接到的是步進電機控制的課題，由于平時我對步進電機控制上并沒有下太大的功夫，因此，對于這個課題還是比較陌生的，但是，我并不擔(dān)心，接到課題后我就開始準備程序。</p><p>　　其實，我做的還是比較順利，由于先前一些基本的程序我自己都有編過，因此很多基本的模塊就可以直接調(diào)用，像鍵盤掃描模塊就可以直接調(diào)用

32、，由于先前我的程序都是用C語言編的，因此，我也就沒有打算用匯編語言編程，將這些外面的控制模塊都編好了后，我就開始查資料了解步進電機的工作原理及程序控制方法，了解完后，我也很順利的編好了電機驅(qū)動程序，接下來就剩下了最后一個功能部分，也算是最關(guān)鍵的部分，那就是電機的加速減速，一開始，我是利用按鍵的按下次數(shù)來控制步進電機的延時程度，從而達到電機轉(zhuǎn)速控制的效果。弄好了這個程序后，我后來就去拿給老師檢查，但是老師說我的檔位設(shè)置的不夠，同時最好利用

33、中斷來控制步進電機的脈沖頻率，要我回家繼續(xù)修改，因此，我拿回程序后繼續(xù)改進方案，最后，終于，按照老師的要求完成了目標同時也有了個比較好的硬件顯示效果。至此，我的程序編譯調(diào)試階段算是結(jié)束了，剩下的就是報告的書寫，我們老師對我們要求很嚴格，報告一定要按照老師指定的規(guī)范書寫，因此，在報告的書寫上我們也獲益匪淺，也理解到了做事情一定要細致。</p><p>　　通過這次單片機課程設(shè)計，我不僅又重溫了一下單片機的操作，同時

34、也讓我加深了對單片機的了解，尤其是對步進電機的工作原理及運轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制有了個比較形象的認知，讓我，在單片機上又有了更進一步的提升。最后，也得感謝我們的指導(dǎo)老師，由于她的嚴格要求讓我們學(xué)到了更多。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　王迎旭編.《單片機原理與應(yīng)用》[M].機械工業(yè)出版社. &l

35、t;/p><p>　　樓然苗編.《51系列單片機設(shè)計實例》[M].北京航空航天大學(xué)出版社.</p><p>　　黃勤編.《計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)實驗教程》[M].重慶大學(xué)出版社</p><p>　　4、劉樂善編.《微型計算機接口技術(shù)及應(yīng)用》[M].華中科技大學(xué)出版社.</p><p>　　5、陳光東編.《單片微型計算機原理及接口技術(shù)》[M].華中科技

36、大學(xué)出版社.</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄A 系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　圖A 系統(tǒng)整體原理圖</p><p><b>　　附錄B 程序清單</b></p><p>　　#include<r

37、eg52.h> </p><p>　　sbit key1=P3^0; //定義按鍵位置</p><p>　　sbit key2=P3^1;</p><p>　　sbit key3=P3^2;</p><p>　　sbit key4=P3^3;</p><p>　　unsigned int sudu,dang,

38、flag，a,b,c,num,num1;</p><p>　　unsigned char i=0;</p><p>　　unsigned char code tab[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x71,0x7C,0x77,0x6d};</p><p>　　unsigned char co

39、de seg[]={0,1,2,3,4,5,6,7};</p><p>　　unsigned char code F_Rotation[4]={0xf1,0xf2,0xf4,0xf8};//正轉(zhuǎn)表格</p><p>　　unsigned char code B_Rotation[4]={0xf8,0xf4,0xf2,0xf1};//反轉(zhuǎn)表格</p><p>　　vo

40、id delay(unsigned int cnt) //延時子程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(--cnt);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void add()</p><p><b>

41、;　　{</b></p><p>　　if(!key3){</p><p>　　delay(1000);</p><p>　　if(!key3){</p><p><b>　　dang++;</b></p><p>　　if(dang>=19)</p><p&

42、gt;<b>　　dang=19;}</b></p><p>　　while(!key3) ;}</p><p>　　if(!key4){</p><p>　　delay(1000);</p><p>　　if(!key4){</p><p><b>　　dang--;</b>

43、;</p><p>　　sudu=sudu+50;</p><p>　　if(dang<=1)</p><p><b>　　dang=1;}</b></p><p>　　while(!key4);}</p><p>　　switch(dang){</p><p>　　

44、case 1:sudu=1800;break;</p><p>　　case 2:sudu=1700;break;</p><p>　　case 3:sudu=1600;break;</p><p>　　case 4:sudu=1500;break;</p><p>　　case 5:sudu=1400;break;</p>&

45、lt;p>　　case 6:sudu=1300;break;</p><p>　　case 7:sudu=1200;break;</p><p>　　case 8:sudu=1100;break;</p><p>　　case 9:sudu=900;break;</p><p>　　case 11:sudu=800;break;<

46、/p><p>　　case 12:sudu=700;break;</p><p>　　case 13:sudu=600;break;</p><p>　　case 14:sudu=500;break;</p><p>　　case 15:sudu=400;break;</p><p>　　case 16:sudu=300;

47、break;</p><p>　　case 17:sudu=200;break;</p><p>　　case 18:sudu=100;break;</p><p>　　case 19:sudu=10;break; }}</p><p><b>　　main()</b></p><p><b

48、>　　{</b></p><p>　　TMOD=0X01;</p><p><b>　　EA=1;</b></p><p>　　ET0=1; </p><p><b>　　sudu=500;</b>&

49、lt;/p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　if(!key1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　delay(10

50、00);</p><p><b>　　if(!key1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　dang=10;</b></p><p>　　while(1) </p><p><b>　　

51、{</b></p><p>　　if(key2==1) {</p><p><b>　　add();</b></p><p><b>　　sub();</b></p><p>　　TH0 =(65536-sudu)/256; </p><

52、;p>　　TH1 =(65536-sudu)%256;</p><p>　　a=10;//顯示 F 標示正轉(zhuǎn)</p><p>　　b=dang/10;</p><p>　　c=dang%10;</p><p><b>　　flag=1;</b></p><p><b>　　TR0

53、=1; }</b></p><p>　　else break;</p><p><b>　　}}}</b></p><p><b>　　if(!key2)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　delay(

54、1000);//去抖動</p><p><b>　　if(!key2)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　dang=10;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><

55、;p><b>　　{ </b></p><p>　　if(key1==1)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　add();</b></p><p><b>　　sub();</b></p><p&

56、gt;　　TH0 =(65536-sudu)/256; </p><p>　　TH1 =(65536-sudu)%256;</p><p>　　a=11;//顯示 b 標示反轉(zhuǎn)</p><p>　　b=dang/10;</p><p>　　c=dang%10;</p><p><b>　　

57、flag=2;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else break;</p><p><b>　　}}}}}</b></p><p>　　void tim

58、e_T0() interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0 =(65536-sudu)/256; </p><p>　　TH1 =(65536-sudu)%256;</p><p><b>　　num1++;</b></p>

59、;<p><b>　　num++;</b></p><p>　　if(num1==1)</p><p><b>　　{num1=0;</b></p><p>　　if(flag==1)</p><p>　　{P1=F_Rotation[i];</p><p>

60、;<b>　　i++;</b></p><p><b>　　if(i>=4)</b></p><p><b>　　i=0;}</b></p><p>　　if(flag==2)</p><p>　　{P1=B_Rotation[i];</p><p&

61、gt;<b>　　i++;</b></p><p><b>　　if(i>=4)</b></p><p><b>　　i=0;}}</b></p><p>　　if(num==1)</p><p>　　{ P2=seg[0];</p><p>

62、　　P0=tab[a];</p><p>　　delay(80); </p><p>　　P2=seg[4];</p><p>　　P0=tab[b];</p><p>　　delay(80);</p><p>　　P2=seg[5];</p><p>　　P0=tab[c];</p&g

63、t;<p><b>　　delay(1);</b></p><p><b>　　num=0;</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　TR0=0;

64、</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　電氣信息學(xué)院課程設(shè)計評分表</p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：________________</p><p>　　日 期：________________ </p><p>　　注：①表中標*號項