单片机实习报告

-本科生毕业论文设计题目:基于89c51的步进电机控制电路与汇编程序姓 名:学院:专业:农业电气化与自动化班级:*:指导教师:职称:2010年5月14日目 录摘要3关键词3Abstract3Key words4绪论41步进电机41.1步进电机的构造与分类41.2步进电机性能指标41.3 步进电机的工作原理41.4步进电机的根本控制41.4.1控制换相顺序41.4.2步进电机转向的控制51.4.3步进电机速度的控制52步进电机的驱动52.1步进电机的驱动方式53单片机AT89C51对步进电机的控制53.1实现原理53.2硬件电路设计53.3 AT89c51简介53.4步进电机的单片机控制系统硬件原理图53.4软件设计53.5改良74结论7致谢8参考文献9图1 步进电机构造图10图2 ULN2003A内部逻辑及等效电路图10图 3 实现原理系统图10图 4系统硬件原理图11基于89c51的步进电机控制电路与汇编程序电气专业学生指导教师 摘要设计要求：1.初步了解步进电机的分类、工作原理，重点掌握反响式步进电机的工作特点，矩频特性以及常见的驱动电路。2.以89c51为主控制器实现对步进电机的简单控制：电机的正转、反转、制动三种状态的任意切换；电机的加减速控制。设计进度要求：第一周：搜集资料，研究步进电机的种类，工作原理以及运用场合；温习单片机有关知识：常用程序语句、定时器的使用；研究步进电机的简单控制，写出正反转程序、调速程序。第二周：完成电路板的焊接，提高电路板的布局技巧；调试程序，烧入89c51芯片。步进电动机是数字控制系统的一种执行元件。它是用电脉冲信号进展控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电动机，因此又被称为脉冲电动机。给一个电脉冲信号，电动机就转过一个角度或前进一步，其角位移量或位移S与脉冲数k成正比。它的转速n或线速度v与脉冲频率f成正比。这些关系在负载能力*围内不因电压与负载大小以及环境条件的波动而变化。步进电动机可以在宽广的频率*围内通过改变脉冲频率来实现调速，如快速、起-停、正反转控制及制动等，这是步进电动机的突出优点。关键词：步进电机；单片机；驱动电路；Based on 89c51 stepping motor control circuit and the assemblerStudent majoring inAgricultural electrization and automationWuling Deng*iaolinTutor HufeiAbstract： Design requirements:1. A preliminary understanding of stepping motor, working principle, key grasp static working characteristics of stepping motor torque-speed characteristic, and the mon driving circuit.2. To give priority to with 89c51 step-motor controller is simple control: motor are turning, inversion, brake three state of arbitrary switching, The accelerating and decelerating motors.Design schedule:The first week:Data collection, research stepper motor type, working principle and application occasions, Revision: mon knowledge about microcontroller timer, the use of program statements, Studies of the stepping motor control, simple and positive &negative procedures, control program.The second week: plete the circuit boards, improve the layout of welding technique, Debugging, 89c51 spread.Stepping motor is a digital control system ponents. It is the pulse signal control, electrical signals converts corresponding to the angular displacement of the motor or line, so it is called pulse motors.Give an electrical signal, motor is turned an Angle or further, the angular displacement volume theta (S) or is proportional to the number of k and pulse. Its speed n (or linear v) and pulse frequency is proportional to the f. These relationships in load capacity range for voltage and load and environmental conditions of wave and change. Stepper motor can be in wide frequency range by changing the pulse frequency to achieve rapid speed, such as, - stop, positive &negative control and brake etc, it is the outstanding advantages of stepping motor.Keywords:Stepping motor；SCM；Driving circuit；绪论步进电机控制系统设计是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的综合性设计，在实践中有很广阔的用途。众所周知电子技术在近年来飞速开展在信息时代中扮演着重要的角色，推动着整个信息社会的进步。而电子与其他产业与技术的结合也成为时代的必然趋势。电机控制系统是现代智能化工业中关键的一局部，我在这里主要讨论了基于单片机的步进电机控制系统的设计，这种系统结合了机械、电机、电子及计算机等诸多专业技术。被广泛用于多种应用，在打印机、绘图器、复印机和扫描仪等办公设备中很流行。它还可用在汽车中，用于电子节气门控制、仪表盘显示和气候控制系统。此外，在机器人、电子元器件处理设备、测试装置、配送装置等制造设备中，也都有用武之地。步进电机将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，有快速起动和停顿的特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。通过按键操作使按键信息通过传输线传送给单片机，数据经过处理，单片机通过相应的程序，向控制回路发送控制信号，进而控制步进电机的动作和LED器件的显示，实现对硬件设备的控制。1 步进电机11 步进电机的构造与分类步进电机构造如图1所示包含两组带有中间抽头的线圈，A-1-C为一组，B-2-D为另一组。现在比拟常用的步进电机包括反响式步进电机(VR).永磁式步进电机(PM).混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。12步进电机性能指标2相5线式步进电机步距脚7.5度工作电压5V额定静力矩240gcm动力矩80gcm13 步进电机的工作原理当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而到达准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而到达调速的目的。步进电机的这种特性非常适合使用单片机来控制，控制信号由单片机产生，步进电机则根据控制信号来动作。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。14步进电机的根本控制141控制换相顺序步进电机的通电换相顺序严格按照步进电机的工作方式进展。通常我们把通电换相这一过程称为脉冲分配。例如，步进电机的八拍工作方式，其各相通电的顺序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA(正转)或DA-D-CD-C-BC-B-AB-A(反转)，通电控制脉冲必须严格按这一顺序分别控制A,B,C,D相的通电和断电。142步进电机转向的控制如果按给定的工作方式正序通电换相，步进电机就正转；如果按反序通电换相，步进电机就反转。143步进电机速度的控制如果给定步进电机一个控制脉冲，它就转一步，再发一个控制脉冲，它就会再转一步。两个脉冲的间隔时间越短，步进电机就转的越快。因此，脉冲的频率决定了步进电机的转速。调整单片机发出脉冲的频率，就可以对步进电机进展调速。2步进电机的驱动2.1步进电机的驱动方式综合系统使用的是小型步进电机，对电压和电流要求不是很高，本步进电机模块中使用的驱动芯片为ULN2003A,它是集电极开路输出的功率反相器，并且每个输出端都有一个连接到的二极管，为断电后的电机绕组提供一个放电回路，其放电保护作用。内部逻辑及等效电路如图2所示。因此，ULN2003A非常适合驱动小功率步进电机。3单片机AT89c51对步进电机的控制31实现原理实现原理系统如图332硬件电路设计1显示局部由单片机的P0口控制发光二极管的状态，首先初始化P0口，初态为0，当检测到P0口为1时，其对应口的那个二极管就会亮。2单片机电路本系统采用AT89C51单片机产生控制信号。单片机内部的RAM和ROM即可满足要求。步进电机控制信号通过单片机P1.0、P1.1、P1.2、P1.3四个口输出经ULN2003芯片作为步进电机的控制信号。为了增加步进电机的灵活性，当检测到P3口有键按下时，置1给对应的P0口使对应的灯亮，并转到相应的程序，以到达灵活控制步进电机的目的。33 AT89c51简介AT89c51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。34步进电机的单片机控制系统硬件原理图见图435软件设计(1)程序设计的主要任务是：判断旋转方向；按顺序传送控制脉冲；判断所要求的控制步数是否传送完毕。2程序： ORG 0000HLJMP MAIN ORG 0100H MAIN: ;主程序MOV R7,*90 ;控制延时时间的参数MOV P0,*00H ;给P0口赋初值 MOV P3,*0FFH;给P3口赋初值 JNB P3.0,LOOP0 ;检测P3.0口,为0转到LOOP0正转 JNB P3.1,LOOP1 ;检测P3.1口,为0转到LOOP1反转 JNB P3.2,LOOP2 ;检测P3.2口,为0转到LOOP2停顿 JMP MAIN ;等待按键按下LOOP0: ;正转程序MOV P0,*01H ;给P0.0置1，使二极管亮MOV R3,*255 ;步进电机的步数START0:MOV R0,*00HSTART1:JNB P3.2,M1 ;检测P3.2口，为0跳转到M1 MOV P1,*00H ;步进电机停顿工作MOVA,R0 ;取控制模型MOVDPTR,*TABLE_F ;送控制模型指针，选择转向正转MOVCA,A+DPTR ;查表JZ START0 ;控制模型为00H，转START0MOVP1,A ;发送驱动脉冲ACALL DELAY0 ;延时INCR0DJNZR3,START1 ;步数未走完，继续M1:MOVP1,*00HACALLDELAY1 LJMP MAIN LOOP1: ;反转程序MOV P0,*02H ;给P0.1置1，使二极管亮MOV R3,*255 ;步进电机的步数START2:MOVR0,*00HSTART3:JNB P3.2,M2 ;检测P3.2口，为0跳转到M1 MOV P1,*00H ;步进电机停顿工作MOVA,R0 ;取控制模型MOVDPTR,*TABLE_R;送控制模型指针，选择转向反转 MOVCA,A+DPTR ;查表 JZ START2 ;控制模型为00H，转START2MOVP1,A ;发送驱动脉冲ACALLDELAY0 ;延时INCR0 ;控制步数加1DJNZR3,START3 ;步数未走完，继续M2: MOV P1,*00HACALL DELAY1 LJMP MAINLOOP2: ;停顿程序MOV P0,*04H ;给P0.2置1，使二极管亮MOV P1,*00H ;步进电机停顿工作 ACALL DELAY1LJMP MAIN DELAY0: ;延时程序0JNB P3.3,M3 ;检测P3.3口,为0转到M3(加速) JNB P3.4,M4 ;检测P3.4口,为0转到M4(减速)LJMP M5 ;否则匀速在当前速度 M3: ;进入加速阶段 MOV P0,*08H ;给P0.3置1，使二极管亮JNB P3.0,M5 ;再检测P3.0口,为0转到M5恒速在当前速度MOV A,R7 ;调整延时时间 DEC A ;延时参数自减，减少延时时间CLR P3.3MOV R7,A CJNE A,*1,M5 ;是否到达最高速MOV P1,*00H ;步进电机停顿工作 LJMP MAINM4: ;进入减速阶段 MOV P0,*10H;给P0.4置1，使二极管亮 JNB P3.1,M5 ;再检测P3.1口,为0转到M5恒速在当前速度MOV A,R7 ;调整延时时间 INC A ;延时参数自加，增加延时时间CLR P3.4 MOV R7,A CJNE A,*150,M5 ;是否到达最低速 MOV P1,*00H ;步进电机停顿工作 LJMP MAINM5:MOV A,R7 ;进入延时阶段MOV R5,AM6: MOV R6,*248DJNZR6,$DJNZR5,M6RET ;延时完毕，返回DELAY1: ;延时程序1 MOV R2,*200DEL:MOV R3,*250DJNZ R3,$ DJNZ R2,DEL RET ;返回TABLE_F:DB 03H,09H,0CH,06H ;正转脉冲输出时序表DB 00H ;正转完毕TABLE_R:DB 06H,0CH,09H,03H ;反转脉冲输出时序表 DB 00H ;反转完毕 END3.5改良本系统能实现应用AT89C51单片机控制步进电机，使其能实现连续匀速的正传、反转和停顿的根本功能;在此根底上，加以改良，在正反转过程中随时检测加减速按键是否按下以实现正转加速或减速以及反转加速或减速,而在加减速过程中又可以通过分别随时检测P3.0,P3.1口的状态以实现是步进电机在当前转速下匀速运行。4结论 本文介绍了步进电机的特点和AT89c51芯片工作原理，采用ULN2003A构成步进电机驱动器，利用AT89c51输出步进脉冲的设计方案具有占用时间短、编程容易、构造简单、本钱低、可靠性好、抗干扰能力强等好处，因此可在控制和测量领域中得到广泛应用。致谢在本次论文设计过程中，胡飞教师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教诲,使我得以最终完本钱论文设计。在学习中,教师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风*是我们学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨*的治学精神，将永远鼓励着我们。这两周中还得到众多教师的关心支持和帮助。在此，谨向教师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！最后，我要向百忙之中抽时间对本文进展审阅，评议和参与本人论文辩论的各位教师表示感谢。参考文献：1常喜，姜文龙，丁桂英.基于AT89C51单片机的步进电机控制系统M *师*大学信息技术学院20092李晓菲, 胡泓, 王炜, 程云涛. 步进电机加减速控制规律J. 机电产品开发与创新, 2006,(01) 3罗小兵, 曹养书, 何福庆, 彭秀峰. 步进电机正反转的自动控制J. *大学学报(自然科学版), 2002,(03) 4李世忠, 雷秀. 基于单片机的步进电机加减速的控制方法J. *科技与经济, 2005,(07)5*宝廷，程树康.步进电机及其驱动控制系统M.*:*工业大学，1997:2. 6 *孝年.浅析步进电机驱动器与步进电机的相互关系J.世界电子元器件，1999,(3):36-37. 7周忠辉. 步进电机驱动的实现方法J. 仪表技术与传感器, 2004,(11) . 8*清. 一种控制步进电机转速的方法J. 微特电机, 2004,(01) . 9李忠科,赵静. 通用步进电动机升降速控制器设计J. 微特电机, 2006,(01) . 10王玉琳,王强. 步进电机的速度调节方法J. 电机与控制应用, 2006,(01) . 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