單片機(jī)課程設(shè)計(jì)--步進(jìn)電機(jī)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)評(píng)審標(biāo)準(zhǔn)（指導(dǎo)教師用）</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.1電位器信號(hào)采樣——A/D轉(zhuǎn)換電路…………………………………….6&l

2、t;/p><p>　　LED顯示——8279顯示電路…………………………………………...7</p><p>　　1.3二相四拍步進(jìn)電機(jī)——步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路……………………………..8</p><p>　　1.4 單片機(jī)及擴(kuò)展電路……………………………………………………….8</p><p><b>　　2 軟件設(shè)計(jì)</b>

3、;</p><p>　　2.1 程序流程圖 ……………………………………………………………...9</p><p>　　2.2匯編程序 代碼…………………………………………………………..12</p><p>　　3 調(diào)試及心得體會(huì)………………………………………………………………16</p><p><b>　　4 附錄</b

4、></p><p>　　4.1元器件明細(xì)表……………………………………………………………17</p><p><b>　　4.2 整體電路圖</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)。它能接受步進(jìn)脈沖（數(shù)字信號(hào)）的控制一步一步地旋轉(zhuǎn)。

5、它是計(jì)算機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目中的主要執(zhí)行元件之一，尤其在精確定位場(chǎng)合中得到了廣泛的應(yīng)用。開(kāi)環(huán)控制適用于步進(jìn)電機(jī)，將這學(xué)期所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)用于步進(jìn)電機(jī)的控制可以將課本知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際同時(shí)加深對(duì)單片機(jī)的掌握。步進(jìn)電機(jī)的控制相對(duì)簡(jiǎn)單且便于觀察控制結(jié)果，在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，可以增強(qiáng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)掌握對(duì)步進(jìn)電機(jī)的基本控制將為以后更熟練地控制步進(jìn)電機(jī)奠下基礎(chǔ)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制課程設(shè)

6、計(jì)目的：</p><p>　　掌握A/D轉(zhuǎn)換電路的應(yīng)用、掌握8279數(shù)碼顯示電路的應(yīng)用、掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理和控制方法；鍛煉和培養(yǎng)由各個(gè)子模塊功能單元構(gòu)筑完整的微機(jī)控制系統(tǒng)的能力，掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　用數(shù)碼管來(lái)指示電位器所在的位置，用電位器來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)

7、：當(dāng)電位器正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正傳；當(dāng)電位器反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)電位器不動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)；而且，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與電位器旋轉(zhuǎn)的角度成線性關(guān)系。</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的要求，首先要對(duì)電位器的電壓信號(hào)進(jìn)行采樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)處理，電位器輸出的電壓在0~5V 范圍，故可以選用ADC0809型模數(shù)

8、轉(zhuǎn)換芯片。因只有1路模擬信號(hào)，輸入通道只用選用IN-0。ADC0809的8路輸出信號(hào)送到單片機(jī)8031的P0口。單片機(jī)將輸入來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓數(shù)值通過(guò)8279顯示在數(shù)碼管上，將控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖按照一定的順序通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制步進(jìn)電機(jī)。系統(tǒng)的組成原理如圖1所示。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　1.1電位器信號(hào)采樣——A/D轉(zhuǎn)換電路&

9、lt;/p><p>　　電位器的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)并通過(guò)IN-0口輸入給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，ADD-A、ADD-B、ADD-C分別接單片機(jī)的P0.0、P0.1、P0.2口，選中模擬通道0，轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)字信息通過(guò)D7~D0送給單片機(jī)的P0口。對(duì)0809的控制通過(guò)ALE、ENABLE、START實(shí)現(xiàn)，具體電路如圖二所示，圖中1接單片機(jī)的，2接單片機(jī)的，3接0809的有效地址，根據(jù)試驗(yàn)箱的接線知CFA0H是其有效位，

10、再根據(jù)8279的地址有效位為了將兩者區(qū)分且簡(jiǎn)單起見(jiàn)，分配給0809的地址為XXAX，具體電路見(jiàn)總原理圖。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　LED顯示——8279顯示電路</p><p>　　8279是一種通用可編程鍵盤(pán)、顯示器接口芯片，它能完成鍵盤(pán)輸入和顯示控制兩種功能。在這次課程設(shè)計(jì)中只用到顯示控制功能。是片選信

11、號(hào)，只有當(dāng)時(shí)，8279才被選通，單片機(jī)才能對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操作。、來(lái)自單片機(jī)的讀寫(xiě)控制信號(hào)。A0用于區(qū)別信息的特性，當(dāng)A0=0時(shí)，表示輸入的信息均為數(shù)據(jù)；當(dāng)A0=1時(shí)，表示輸入的信息是指令，而輸出的信息是狀態(tài)字。分配給8279的數(shù)據(jù)口的地址為CFE8H，控制口為CFE09H。在原理圖中省去其他未用到模塊，給數(shù)據(jù)口的地址為XXE8H，控制口為XXE9H。</p><p><b>　　模塊電路如圖3所示<

12、/b></p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　1.3 二相四拍步進(jìn)電機(jī)——步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　1.3.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理</p><p>　　本模塊中使用的二相四拍步進(jìn)電機(jī)共有50個(gè)齒，齒距角為7.2°；每轉(zhuǎn)一個(gè)齒距角需走四步，因而步距角為1.8°。另

13、外必須按照一定的次序給每個(gè)相通電，才能正常完成四步一個(gè)齒距的動(dòng)作。電機(jī)每相電流為0.2A，相電壓為5V。通電次序如圖4所示：</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　1.3.2控制電路如圖5所示：</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)有四根引出線。紅、綠為一組，紅線接A’，綠線接A；黃、藍(lán)為一組，黃線接B’，藍(lán)線接B。</p

14、><p><b>　　圖5</b></p><p>　　現(xiàn)就其中一相進(jìn)行分析，當(dāng)控制信號(hào)為高時(shí)，經(jīng)反向器后變?yōu)榈碗娖剑碗娖绞股厦娴娜龢O管導(dǎo)通下面的三極管關(guān)斷，從而使輸出給電機(jī)的電壓為VCC即為高電平。當(dāng)控制信號(hào)為低時(shí)，同樣可分析得上面的三極管關(guān)斷下面的三極管導(dǎo)通，輸給電機(jī)的的電壓為0即低電平，保持了控制信號(hào)與經(jīng)驅(qū)動(dòng)后的信號(hào)的一致性。</p><p&g

15、t;　　1.4 單片機(jī)及擴(kuò)展電路</p><p>　　選用的為51系列的8031型單片機(jī)，因8031單片機(jī)沒(méi)有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器</p><p>　　故需要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，，設(shè)計(jì)中用2716芯片為單片機(jī)擴(kuò)展2K的外部程序存儲(chǔ)器，2K=211故需要11根地址線對(duì)其選址，其中A0~A7接單片機(jī)的P0口相應(yīng)位，A8~A10分別接到單片機(jī)的P1.0~P1.2。因P0口數(shù)據(jù)地址分時(shí)復(fù)用所以要在P0口

16、和2716間加一鎖存器74LS373鎖存低八位地址信號(hào)。并通過(guò)ALE信號(hào)對(duì)鎖存器進(jìn)行控制。電路如圖6所示。</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　硬件電路總體設(shè)計(jì)和連線如附圖所示。</p><p><b>　　軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1 程

17、序流程圖</b></p><p>　　程序開(kāi)始后首先初始化，經(jīng)0809采樣后將電位器的電壓通過(guò)顯示子程序顯示，并將兩次采樣值進(jìn)行比較并得到脈沖數(shù)，調(diào)用步進(jìn)電機(jī)控制子程序控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與步數(shù)。</p><p>　　圖7 主程序流程圖</p><p>　　主程序流程圖如圖7所示。關(guān)鍵在于當(dāng)有借位即反轉(zhuǎn)時(shí)，兩次采樣差值并不是脈沖數(shù)，要經(jīng)過(guò)響應(yīng)處理的到

18、實(shí)際脈沖數(shù)。</p><p>　　圖8 步進(jìn)電機(jī)控制子程序</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制子程序流程圖如圖8所示</p><p>　　圖9 8279顯示子程序</p><p>　　8279顯示子程序流程圖如圖9所示，將得到的8位二進(jìn)制值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓值是關(guān)鍵。</p><p>　　2.1 匯編程序代碼<

19、/p><p>　　采樣差值每一個(gè)單位步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)一步</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>　　LJMP MAIN</b></p><p><b>　　ORG 4100H</b></p><p>　　MAIN:MO

20、V DPTR,#0CFA0H</p><p>　　MOV P1,#00H</p><p>　　MOV 30H,#0CH；寫(xiě)正反轉(zhuǎn)控制脈沖表</p><p>　　MOV 31H,#06H</p><p>　　MOV 32H,#03H</p><p>　　MOV 33H,#09H</p><p>

21、　　MOV 34H,#09H</p><p>　　MOV 35H,#03H</p><p>　　MOV 36H,#06H</p><p>　　MOV 37H,#0CH</p><p>　　MOVX @DPTR,A；啟動(dòng)0809轉(zhuǎn)換</p><p>　　MOV R0,#0FFH；延時(shí)等待0809轉(zhuǎn)換結(jié)束</p

22、><p>　　LOP: DJNZ R0,LOP</p><p>　　MOVX A,@DPTR；讀入轉(zhuǎn)換值送R4保存</p><p><b>　　MOV R4,A</b></p><p>　　LCALL DISP；調(diào)用顯示子程序顯示電壓值</p><p><b>　　MOV A,R4&l

23、t;/b></p><p><b>　　MOV R3,A</b></p><p><b>　　MOV R2,A</b></p><p>　　LOOP1:MOVX @DPTR,A；啟動(dòng)0809轉(zhuǎn)換</p><p>　　MOV R0,#0FFH；延時(shí)等待0809轉(zhuǎn)換結(jié)束</p>

24、<p>　　LOP1: DJNZ R0,LOP1</p><p>　　MOVX A,@DPTR；讀入轉(zhuǎn)換值送R4保存</p><p><b>　　MOV R4,A</b></p><p>　　LCALL DISP；調(diào)用顯示子程序顯示電壓值</p><p><b>　　MOV A,R4<

25、/b></p><p>　　MOV 3AH,R2；R2值送R3，即K-1次采樣值送R3</p><p>　　MOV R3,3AH</p><p>　　MOV R2,A；K次采樣值送R2 </p><p>　　CLR CY；CY清零為減法做準(zhǔn)備</p><p>　　SUBB A,R3；（K）—（K-1）送

26、R1</p><p><b>　　MOV R1,A</b></p><p>　　LCALL CONTROL；調(diào)用步進(jìn)電機(jī)子程序</p><p>　　LJMP LOOP1</p><p><b>　?。?電機(jī)控制程序</b></p><p>　　CONTROL:MOV A,R

27、1；脈沖數(shù)為0則結(jié)束 </p><p><b>　　JZ LOOP7</b></p><p>　　JC LOOP2；有借位則跳入反轉(zhuǎn)</p><p><b>　　SUBB A,#5</b></p><p>　　JC LOOP7；脈沖數(shù)小于5則結(jié)束</p><

28、;p>　　MOV R0,#30H；正轉(zhuǎn)控制表首地址給R0</p><p>　　LOOP3:MOV A,@R0；寫(xiě)P1口，給控制脈沖</p><p><b>　　MOV P1,A</b></p><p>　　LCALL DLY；調(diào)用延時(shí)</p><p>　　INC R0；地址+1</p>&

29、lt;p>　　CJNE R0,#34H,LOOP4；地址超出范圍則賦首地址值</p><p>　　MOV R0,#30H</p><p>　　LOOP4:DJNZ R1,LOOP3；脈沖數(shù)-1為0則結(jié)束，否則給下一脈沖</p><p>　　LJMP LOOP7</p><p><b>　　； 反轉(zhuǎn)</b><

30、;/p><p>　　LOOP2:MOV R0,#34H；反轉(zhuǎn)控制表首地址給R0</p><p>　　MOV A,R1；求脈沖數(shù)</p><p><b>　　CPL A</b></p><p><b>　　JNZ LOOP8</b></p><p><b>　　IN

31、C A</b></p><p>　　LOOP8:MOV R1,A</p><p><b>　　CLR CY</b></p><p>　　SUBB A,#5；脈沖數(shù)小于5則結(jié)束</p><p><b>　　JC LOOP7</b></p><p>　　LOOP5

32、:MOV A,@R0；寫(xiě)P1口，給反轉(zhuǎn)控制脈沖</p><p><b>　　MOV P1,A</b></p><p>　　LCALL DLY；調(diào)用延時(shí)</p><p>　　INC R0；地址+1</p><p>　　CJNE R0,#38H,LOOP6；地址超出范圍則賦首地址值</p><p

33、>　　MOV R0,#34H</p><p>　　LOOP6:DJNZ R1,LOOP5；脈沖數(shù)-1為0則結(jié)束，否則給下一脈沖</p><p>　　LOOP7:CLR A；子程序返回</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　； 8279顯示子程序</p><p&

34、gt;　　DISP:PUSH DPH ；入棧保護(hù)</p><p><b>　　PUSH DPL</b></p><p><b>　　PUSH PSW</b></p><p>　　MOV DPTR,#0CFE9H；顯示RAM顯示方式,8字符左入口顯</p><p>　　MOV A,#

35、00H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　MOV A,#0D0H；;清除顯示RAM</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　QCZ:MOVX A,@DPTR</p><p>　　JB ACC.7,QCZ</p><p><b&g

36、t;　　MOV B,#51</b></p><p>　　MOV A,R4；要顯示的8位2進(jìn)制代碼送入A</p><p>　　DIV AB；A除以51，商A，余B</p><p>　　MOV R0,A；個(gè)位存入R0</p><p><b>　　MOV A,B</b></p><p&g

37、t;<b>　　CLR CY</b></p><p>　　SUBB A,#26；判斷余數(shù)是否大于26</p><p><b>　　JC OOP</b></p><p>　　MOV B,A；大于26，求得十分位存入R1</p><p><b>　　MOV A,#10</b>

38、</p><p><b>　　MUL AB</b></p><p><b>　　MOV B,#51</b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　ADD A,#5</b></p><p>&l

39、t;b>　　MOV R1,A</b></p><p>　　AJMP OOP2；小于26，十分位存入R1</p><p>　　OOP:MOV A,#10</p><p><b>　　MUL AB</b></p><p><b>　　MOV B,#51</b></p>

40、<p><b>　　DIV AB</b></p><p><b>　　MOV R1,A</b></p><p>　　OOP2:MOV DPTR,#0CFE9H；寫(xiě)顯示RAM命令字</p><p>　　MOV A,#90H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p&g

41、t;<p>　　MOV DPTR,#0CFE8H</p><p>　　MOV A,R0；個(gè)位顯示驅(qū)動(dòng)代碼送入8279顯示RAM中0000B單元</p><p>　　ACALL TABLE1</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　MOV A,R1；十分位顯示驅(qū)動(dòng)代碼送入8279顯示RAM中0001B

42、單元</p><p>　　ACALL TABLE2</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　LCALL DLY；延時(shí)使顯示穩(wěn)定</p><p>　　POP PSW；出?；謴?fù)</p><p><b>　　POP DPL</b></p><p>

43、<b>　　POP DPH</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TABLE1: INC A；個(gè)位譯碼子程序</p><p>　　MOVC A,@A+PC</p><p><b>　　RET</b></p><p>

44、;　　DB 0BFH,86H,0DBH,0CFH,0E6H,0EDH</p><p>　　TABLE2: INC A；十分位譯碼子程序</p><p>　　MOVC A,@A+PC</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H<

45、;/p><p>　　DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH</p><p><b>　??；延時(shí)子程序</b></p><p>　　DLY:MOV R7,#100</p><p>　　DLY1:MOV R6,#100</p><p><b>　　NOP</b>&

46、lt;/p><p>　　DLY2:DJNZ R6,DLY2</p><p>　　DJNZ R7,DLY1</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　調(diào)試及心得體會(huì)</b></

47、p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)雖然歷時(shí)不是很長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)的功能也不是很復(fù)雜但在整個(gè)過(guò)程還是讓我感觸頗深同時(shí)也學(xué)到了許多課本上學(xué)不到的知識(shí)。我們選擇了步進(jìn)電機(jī)的控制這個(gè)題目，因?yàn)槲覀兘M的組員一致認(rèn)為在今后的學(xué)習(xí)和深造的過(guò)程中對(duì)步進(jìn)電機(jī)以及其它類(lèi)型的電機(jī)的控制肯定會(huì)非常多，現(xiàn)在掌握一些電機(jī)控制的基本知識(shí)并實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的簡(jiǎn)單控制功能，能為將來(lái)打下牢固基礎(chǔ)，而且步進(jìn)電機(jī)的控制容易觀察到控制的效果，激起組員的興趣。</p>

48、<p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我們小組五名組員根據(jù)具體情況合理分工，最大可能的發(fā)揮各自的特長(zhǎng)，在最短的時(shí)間內(nèi)完成了設(shè)計(jì)調(diào)試任務(wù)。我主要負(fù)責(zé)了主程序和電機(jī)控制程序的編寫(xiě)，而8279顯示程序，硬件連線，查資料均由其他同學(xué)完成。在編寫(xiě)程序之前，我們討論了總體方案，編寫(xiě)了各個(gè)部分的流程圖，在后來(lái)編程的過(guò)程中我認(rèn)識(shí)到流程圖對(duì)于匯編編程是非常重要的，特別是在編寫(xiě)跳轉(zhuǎn)程序的時(shí)候。匯編語(yǔ)言雖然相對(duì)比較復(fù)雜，但邏輯性很強(qiáng)，讓我加深了對(duì)單片機(jī)硬

49、件結(jié)構(gòu)的理解。</p><p>　　程序調(diào)試時(shí)我們采用了分塊調(diào)試的方法，先完成了0809模數(shù)轉(zhuǎn)換和8279顯示部分的調(diào)試，讓數(shù)碼管能夠同步顯示電位器的電壓。而后對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制部分的程序進(jìn)行了調(diào)試，起初問(wèn)題很大，電機(jī)一直反轉(zhuǎn)不受控制，按照程序的設(shè)計(jì)不應(yīng)該這樣且找不出程序的錯(cuò)誤，在用了單步調(diào)試并觀察寄存器內(nèi)存的變化后發(fā)現(xiàn)在求步數(shù)即求脈沖時(shí)，若有借位，兩次采樣的差值并不像我們所想象的不數(shù)，因?yàn)橛薪栉唬粶p數(shù)加了256，

50、經(jīng)演算發(fā)現(xiàn)若有借位時(shí)，差值各位去反加一后才得到脈沖數(shù)。這一問(wèn)題解決后，步進(jìn)電機(jī)電機(jī)基本受控制，但最后左右兩邊不斷震動(dòng)無(wú)法停止。我們分析認(rèn)為可能是因?yàn)?809的精度不高使得采樣值不斷變化而無(wú)法穩(wěn)定，于是我們采取了如果不屬小于3就認(rèn)為電位器無(wú)變化，不給步進(jìn)電機(jī)脈沖，但調(diào)試的結(jié)果仍然不理想。在討論后我們決定先加入8279顯示程序。加入程序后無(wú)法正常顯示，電機(jī)也無(wú)法正常轉(zhuǎn)動(dòng)，這讓人很費(fèi)解。可能是主程序和原先的8279顯示程序?qū)纹瑱C(jī)資源的分配有

51、沖突。后分析發(fā)現(xiàn)原來(lái)是單獨(dú)編寫(xiě)的時(shí)候沒(méi)有采用8279自動(dòng)顯示其內(nèi)存內(nèi)容的顯示方式而要不斷受單片機(jī)的控制，這與單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制相沖突。于是我們改變了8279顯示方式，單片機(jī)對(duì)其</p><p>　　調(diào)試的過(guò)程不是一氣呵成的，在調(diào)試的過(guò)程中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并想辦法解決問(wèn)題，考驗(yàn)了我們的應(yīng)變能力和活學(xué)活用的能力。調(diào)試讓我們愛(ài)上這個(gè)過(guò)程，對(duì)程序編寫(xiě)產(chǎn)生了濃厚的興趣。我們組沒(méi)有擴(kuò)展功能，我們將重點(diǎn)放在了程序的優(yōu)化上。課程