单片机课程设计报告单片机控制步进电机.docx
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单片机课程设计报告单片机控制步进电机
江西农大
单片机原理及应用
课程设计报告
设计课题：
单片机控制步进电机
专业班级：
信工091班
学生姓名：
崔**
指导教师：
何老师
2012年5月
1设计任务书
1.1基本设计要求
（1）用万能板、主芯片AT89S52、35BYJ412步进电机、BLN2003以及其他周围原件芯片完成实验设计。
（2）程序的首地址应使目标机可以直接运行，即从0000H开端。
在主程序的开端部分必须设置一个合适的栈底。
程序放置的地址须持续且靠前，不要在中间留下大批的空间地址，以使目标机可以应用较少的硬件资源。
（3）采用单片机控制一个三相单三拍的步进电机工作。
步进电机的旋转方向由正反转控制信号控制。
步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3、6、9、12、15、18、21、24和27步，且键盘具有键盘锁功能，当键盘上锁时，步进电机不接受输入步数，也不会运转。
只有当键盘锁打开并输入步数时，步进电机才开始工作。
（4）电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。
（5）电机在运转过程中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮，同时警报响。
本题目的关键之处是：
如何生成控制步进电机的脉冲序列。
1.2选作项目
1、用单片机（AT89S52）为主芯片设计电路来控制步进电机。
2、设三个自锁按键，分别作开关键盘、左转、右转控制。
3、设9个触电按键分别控制输入的步数为3、6、9、12、15、18、21、24和27步。
4、设置一片LCD12864显示器实时显示步进电机工作状态，并提示用户步操作。
2设计阐明
2.1设计内容
用ZY15MCU12BD型综合单片机实验箱仿真实现控制步进电机集采问过程。
2.2设计要求
（1）采用单片机控制一个三相单三拍的步进电机工作。
步进电机的旋转方向由正反转控制信号控制。
步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3、6、9、12、15、18、21、24和27步，且键盘具有键盘锁功能，当键盘上锁时，步进电机不接受输入步数，也不会运转。
只有当键盘锁打开并输入步数时，步进电机才开始工作。
（2）电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。
（3）电机在运转过程中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮，同时警报响。
（4）上机调试程序。
（5）写出设计报告。
2.3设备及工作环境
（1）硬件：
AT89S52单片机一片、35BYJ412步进电机一台、ISP下载器一个、LCD12864显示器、温度传感器18B20芯片。
（2）软件：
Windows操纵系统、KeilC51软件。
3系统方案整体设计
3.1设计思路
步进电机的不同驱动方式，都是在工作时，脉冲信号按一定顺序轮流加到三相绕组上，从而实现不同的工作状态。
由于通电顺序不同，其运行方式有三相单三相拍、三相双三拍和三相单、双六拍三种（注意：
上面“三相单三拍”中的“三相”指定子有三相绕组；“拍”是指定子绕组改变一次通电方式；“三拍”表示通电三次完成一个循环。
“三相双三拍”中的“双”是指同时有两相绕组通电）。
（1）三相单三拍运行方式：
下页图所示为反应式步进电动机工作原理图，若通过脉冲分配器输出的第一个脉冲使A相绕组通电，B,C相绕组不通电，在A相绕组通电后产生的磁场将使转子上产生反应转矩，转子的1、3齿将与定子磁极对齐，如果图（a）所示。
第二个脉冲到来，使B相绕组通电，而A、C相绕组不通电；B相绕组产生的磁场将使转子的2、4齿与B相磁极对齐，如图（b）所示，与图（a）相比，转子逆时针方向转动了一个角度。
第三个脉冲到来后，是C相绕组通电，而A、B相不通电，这时转子的1、3齿会与C组对齐，转子的位置如图（c）所示，与图（b）比较，又逆时针转过了一个角度。
图反应式步进电机工作原理图
当脉冲不断到来时，通过分配器使定子的绕组按着A相--B相--C相--A相……的规律不断地接通与断开，这时步进电动机的转子就连续不停地一步步的逆时针方向转动。
如果改变步进电动机的转动方向，只要将定子各绕组通电的顺序改为A相--C相--B相--A相，转子转动方向即改为顺时针方向。
单三拍分配方式时，步进电动机由A相通电转换到B相同点，步进电动机的转子转过一个角度，称为一步。
这时转子转过的角度是30度。
步进电动机每一步转过的角度称为步距角。
（2）三相双三拍运行方式三相双三拍运行方式：
每次都有两个绕组通电，通电方式是AB--BC--CA--AB……，如果通电顺序改为AB--CA--BC--AB……则步进电机反转。
双三拍分配方式时，步进电动机的步距角也是30度
（3）三相单，双六拍运行方式：
三相六拍分配方式就是每个周期内有六个通电状态。
这六中通电状态的顺序可以使A--AB--B--BC--C--CA--A……或者A--CA--C--BC--B--AB--A……六拍通电方式中，有一个时刻两个绕组同时通电，这是转子齿的位置将位于通电的两相的中间位置。
在三相六拍分配方式下，转子每一步转过的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是15度。
单三拍运行的突出问题是每次只有一相绕组通电，在转换过程中，一相绕组断电，另一相绕组通电，容易发生失步；另外单靠一相绕组通电吸引转子，稳定性不好，容易在平衡位置附近震荡，故用的较少。
双三拍运行的特点是每次都有两相绕组通电，且在转换过程中始终有一相绕组保持通电状态，因此工作稳定，且步距角与单三拍相同。
六拍运行方式转换时始终有一相绕组通电，且步距角较小，故工作稳定性好，但电源较复杂，实际应用较多。
4硬件设计
4.1系统硬件设计
4.1.1最小单片机系统
5V电源：
给系统供电。
复位电路：
程序跑飞时复位电路可以使程序从新执行，相当于电脑的重启。
晶振：
给单片机运行提供时钟。
比如电脑的2.2GHz频率。
EA接高电平：
表示运行内部程序存储器下载的程序。
P0口接排阻：
P0口开漏结构，使用时一般接排阻拉高电平。
4.1.2键盘设计
该电路中采用独立键盘工作方式，共设有12个按键，分别提供3、6、9、12、15、18、21、24布局选择功能、键盘锁功能以及步进电机转动方向选择功能。
其中有程序决定起作用。
4.2系统工作原理论述
该系统的工作核心CPU为ATMEL公司生产的AT89S52芯片将多种功能的8位CPU与FPEROM（快闪可编程/擦除只读存储器）结合在一个芯片上，是一种低功耗、高性能的CMOS控制器，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比远高于同类芯片。
它与MCS-51指令系统兼容，片内FPEROM允许对程序存储器在线重复编程，也可用常规的EPROM编程器编程，可循环写入/擦除1000次。
89S52内含4KB的FPEROM，一般的EEPROM的字节擦除时间和写入时间基本上均为10ms，对于任一个实时控制系统来说，这样长的时间是不可能在线修改程序的。
●CPU为Atmel公司生产的89C51/89C52/89C55等。
出厂所配晶振频率为11.0592MH,每个机器周期为1.085us,用户更换晶振以提高速度；
●存贮器为64K,前4K/8K20K在CPU内部,其它程序在EPR0M27512中；
●数据存贮器为32K（62256）,地址为8000—FFFFH；
●Ⅰ/O扩展8155,片内RAM地址∶200O-20FFH；
●8155命令口地址为∶2100H；
●A口地址∶21O1HB口地址：
2102HC口地址:
2103H；
●T低八位∶2104HT高八位∶2105H；
●多路模拟开关的使用∶
IN0∶P1=0F8HIN4：
P1=0FCHIN1∶P1=0F9HIN5：
P1=OFDH
IN2∶P1=0FAHIN5：
P1=0FEHIN3∶P1=0FBHIN7：
P1=0FFH
●不掉电数据存贮器为∶500EH-507FH；
●控制板∶160x1O9（mm）供电∶+5V300mA+12V100mA-12V100mA；
●AT89C51是一种低功耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器（FPEROM-FlashProgrammableandEraseableReadOnlyMemory）的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容；
●主要性能：
与MCS-51微控制器产品系列兼容；
片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器。
引脚简介：
整体介绍：
该系统采用的芯片还有：
DS18B20温度传感器、ULN2003A以及MP28GA四相五线步进电机，并且步进电机在双八拍的方式下工作，步矩为5.625°，步进电机的旋转方向由正反转控制信号控制。
步进电机的步数由键盘输入，可通过独立键盘S1~S9输入的步数分别为3、6、9、12、15、18、21、24和27步对应的角度为16.875°、33.725°、……、151.875°，且键盘S10具有键盘锁功能，当键盘上锁时，步进电机不接受输入步数，也不会运转。
只有当键盘锁打开，选择运转方向并且输入步数时，步进电机才开始工作。
电机运转的时候有正转指示灯D2和反转指示灯D3指示。
电机在运转过程中用温度传感器采集步进电机外表温度（可设置），如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮，同时蜂鸣器警报响。
5软件设计
5.1分析论证
此步进电机控制电路设计与实现，主要采用了ULN2003A驱动芯片，温度传感器芯片DS18B20芯片，独立键盘等，包含步进电机运行驱动，温度采集，主函数三大功效模块。
5.1.1步进电机运行驱动模块
由于该系统中没有完全使用I/O端口，所以采用了独立键盘的工作方式，系统工作时，键盘控制的I/O口处于高电平状态，当按键按下时触发低电平，驱动程序实时监测并立即响应执行相应工作。
5.1.2温度采集模块
该模块的重要功效是对步进电机的外表采集温度，并且对已设定好的数值进行比较，从而确定机身温度是否过高，正常时电机正常转动，当温度过高时电机不再转动，并且蜂鸣器报警，红灯点亮。
5.1.3主函数模块
该模块重要功效是调动温度采集函数、步进电机函数中函数，实现模块化编程。
5.1.4整体功效
AT89S52芯片控制ULN2003A芯片驱动步进电机，扫描键盘输入运行状态以及运转步数，当电机外表温度超过32℃是电机停止转动，并且报警！
5.2程序流程图
主程序流程图如图所示：
是
否
是
否
否
图2程序流程图
5.3程序清单
步进电机驱动函数：
//BJDJ.h
#ifndef_BJDJ_H_
#define_BJDJ_H_
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitk1=P1^0;
sbitk2=P1^1;
sbitk3=P1^2;
sbitk4=P1^3;
sbitk5=P1^4;
sbitk6=P1^5;
sbitk7=P1^6;
sbitk8=P1^7;
sbitk9=P0^0;
sbitk10=P0^1;
sbitk11=P0^2;
sbitk12=P0^3;
voidkey_scan（）;
voidmotor_turn（）;
voidmotor_stop（）;
#endif
//BJDJ.c
#include"BJDJ.h"
ucharcodeFFW[8]={0xfe,0xfc,0xfd,0xf9,0xfb,0xf3,0xf7,0xf6};
ucharcodeREV[8]={0xf6,0xf7,0xf3,0xfb,0xf9,0xfd,0xfc,0xfe};
ucharrate;
externuchari=0;
/********************************************************/
/*延时
/********************************************************/
voiddelay（ucharx）
{
uchari,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<110;j++）;
}
/********************************************************/
/*步进电机正转
/********************************************************/
voidmotor_ffw（ucharx）
{
uchari,j;
for（j=0;j{
for（i=0;i<8;i++）//一个周期转45度
{
P2=FFW[i];//取数据
delay（150）;//调节转速
}
}
}
/********************************************************/
/*
/*步进电机反转
/********************************************************/
voidmotor_rev（ucharx）
{
uchari,j;
for（j=0;j{
//退出此循环程序
for（i=0;i<8;i++）//一个周期转45度
{
P2=REV[i];//取数据
delay（150）;//调节转速
}
}
}
/*******************************************************
*键盘扫描
******************************************************/
voidkey_scan（）
{
i=0;
if（k1==0）
{
delay（5）;
if（k1==0）i=24;
}
if（k2==0）
{
delay（5）;
if（k2==0）i=46;
}
if（k3==0）
{
delay（5）;
if（k3==0）i=72;
}
if（k4==0）
{
delay（5）;
if（k4==0）i=96;
}
if（k5==0）
{
delay（5）;
if（k5==0）i=120;
}
if（k6==0）
{
delay（5）;
if（k6==0）i=144;
}
if（k7==0）
{
delay（5）;
if（k7==0）i=168;
}
if（k8==0）
{
delay（5）;
if（k8==0）i=192;
}
if（k9==0）
{
delay（5）;
if（k9==0）i=216;
}
}
/********************************************************
*电机转动
********************************************************/
voidmotor_turn（）
{
if（k10==0）
{
delay（5）;
if（k10==0）P2=P2&0xf0;
}
if（k11==0&&k12==1&&k10==1）
{
delay（5）;
if（k11==0&&k12==1&&k10==1）
motor_ffw（i）;
}
if（k12==0&&k11==1&&k10==1）
{
delay（5）;
if（k12==0&&k11==1&&k10==1）
motor_rev（i）;
}
}
voidmotor_stop（）
{
motor_rev（0）;
}
温度传感器18B20驱动函数：
//DS18B20.h
#ifndef__DS18B20_H__
#define__DS18B20_H__
#include
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
externucharT;
sbitDQ=P2^7;//温度输入口
sbitbell=P0^4;
sbitled1=P0^7;
voiddelay2（uintt）;
voidow_reset（void）;
voidwrite_byte（ucharval）;
voidread_temp（）;
voidwork_temp（）;
#endif
//DS18B20.c
#include"DS18B20.h"
externuchardatatemp_data[2]={0x00,0x00};
ucharflag;
charpresence=1;
ucharT;
/***********11微秒延时函数**********/
voiddelay2（uintt）
{
for（;t>0;t--）;
}
/***********18B20复位函数**********/
voidow_reset（void）
{
presence=1;
while（presence）
{
while（presence）
{
DQ=1;_nop_（）;_nop_（）;
DQ=0;//
delay2（50）;//550us
DQ=1;//
delay2（6）;//66us
presence=DQ;//presence=0继续下一步
}
delay2（45）;//延时500us
presence=~DQ;
}
DQ=1;
}
/**********18B20写命令函数*********/
voidwrite_byte（ucharval）
{
uchari;
for（i=8;i>0;i--）
{
DQ=1;
_nop_（）;_nop_（）;
DQ=0;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//5us
DQ=val&0x01;//最低位移出
delay2（6）;//66us
val=val/2;//右移一位
}
DQ=1;
delay2
（1）;
}
/*********18B20读1个字节函数********/
ucharread_byte（void）
{
uchari;
ucharvalue=0;
for（i=8;i>0;i--）
{
DQ=1;
_nop_（）;_nop_（）;
value>>=1;
DQ=0;//
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//4us
DQ=1;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;//4us
if（DQ）value|=0x80;
delay2（6）;//66us
}
DQ=1;
return（value）;
}
/***********读出温度函数**********/
voidread_temp（）
{
ow_reset（）;//总线复位
write_byte（0xCC）;//发SkipROM命令
write_byte（0xBE）;//发读命令
temp_data[0]=read_byte（）;//温度低8位
temp_data[1]=read_byte（）;//温度高8位
ow_reset（）;
write_byte（0xCC）;//SkipROM
write_byte（0x44）;//发转换命令
}
/***********温度数据处理函数**********/
voidwork_temp（）
{
T=（（temp_data[0]&0xf0）>>4）|（（temp_data[1]&0x07）<<4）;
}
主函数：
//main.c
#include"DS18B20.h"
#include"BJDJ.h"
voidmain（）
{
while
（1）
{
T=0;
P1=0xff;
P0=0x0f;
led1=1;
ow_reset（）;//开机先转换一次
write_byte（0xCC）;//SkipROM
write_byte（0x44）;//发转换命令
read_temp（）;//读出18B20温度数据
work_temp（）;//处理温度数据
key_scan（）;
if（T>31）
{
motor_stop（）;
led1=0;
bell=1;
delay2（1000）;
}
else
{
led1=1;
bell=0;
motor_turn（）;
}
}
}
6调试过程及分析
编写好的源程序在Keil编译后呈现很多错误，这些错误有很多时平时的实验碰到过的，例如：
字母开头忘加0，零和字母O弄混杂了，有些标号用了几次，CJNE写成了CJNZ等等，幸好这些错误在平时的实验中碰到了，所以改错误很轻易，。
除了常见的错误外，还有几条错误时在前几次实验都没有出现过，如：
AJMP跳转指令跳不回指定的地位，是由于跳转的长度大于AJMP跳转的长度，最后只好用LJMP跳转后才跳到指定的地位。
在前期的程序编写和几天的上机调试，使我又获得了很多新的知识，由于前期编写程序时查了很多材料学到了很多知识，这几天的调试更时获得很新的知识，由于程序中又很多的错误，为了修正错误必须看书或向别人请教，在这个过程中无意识的获得了很多知识。
同时也使我对单片机更感兴趣了，这点我感到很重要，相信这会对以后的学习有所帮助。
7设计总结
本次课程设计是用ZY15MCU12BD综合单片机实验箱及串口电路设计单片机驱动步进电机电路，经过两个星期的调试，成果满足基本设计请求，验证无误。
设计重要用到了多种芯片，程序也比较长,比较麻烦，同时也碰到了不少艰苦，尤其是关于校时模块和时钟与秒表之间切换的设计实现。
关于显示模块，在以前的实验中做过，所以题目很轻易解决
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