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1、新疆农业大学机械交通学院单片机技术与应用课程设计说明书题 目：步进电动机的正反转控制电路设计专业班级： 电气工程及其自动化 104班学 号：学生姓名：指导教师：时 间：2013 年6月一、设计目的 1二、设计内容 1三、设计步骤 11 硬件电路设计 11.1. 硬件电路组成框图 11.2. 各单元电路及工作原理 21.3. 绘制原理图 51.4. 元件计算 51.5. 元件清单列表 62 . 程序设计 62.1. 绘制程序流程图 62.2. 汇编程序 8四、调试与仿真 9五、硬件调试结果 11六、心得体会 13谢 辞 错误！未定义书签。参考文献： 14步进电动机的正反转控制电路设计一、设计目的
2、通过课程设计， 培养学生运用已学知识解决实际问题的能力、 查阅资料的能力、自学能力和独立分析问题、解决问题的能力和能通过独立思考。二、设计内容采用 80C51 单片机对步进电机进行控制，通过IO 口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号， 控制步进电机实现正转， 反转。 用按钮开关控制步进电机的转向， 设两个开关其中一个按钮被按下时步进电机正转另一个按钮被按下时， 则步进电机反转。 用数码管显示步进电机的转动方向， 当电机正转时数码管显示CG反转时显示AA三、设计步骤1硬件电路设计1.1 硬件电路组成框图因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元
3、件。所以怎样产生这个脉 冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。用软件控制单片机产生脉冲信号， 通过单片机的 P1 口输出脉冲信号， 因为所选电机是两相的，所以只需要P1 口的低四位P1.0P1.3 分别接到电机的四根电线上。可以通过调整输出脉冲的频率来调整电机的转速，通过改变输入脉冲的顺序来改变转动方向，P0 口接LED数码管，可以显示当前的电机转速和转向，设置复位键可使正在转动的电机停止转动，大概可分为如下图所示的几部分。图1系统方框图1.2 .各单元电路及工作原理1 .检测电路检测电路是仿真电路中用于检测 80c51单片机是否正常工作的电路，由发光 二极管和电阻组成，如图：2 .系统复位
4、电路复位是单片机的初始化操作，只要给RESEEI脚加上2个机器周期以上的高 电平信号，即可使单片机复位。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出 错或是操作错误使系统处于死锁状态时， 为了摆脱死锁状态，也需要按复位键重 新复位。在系统中，为了实现上述的两项功能，采用常用的按键电平复位电路，这样 复位键有复位和停止两个功能，如图所示。图3系统复位电路从图中可以看出，当系统得到工作电压的时候，复位电路工作在上电自动复位状 态，通过外部复位电路的电容充电来实现， 只要Vcc的上升时间不超过1ms就可 以实现自动上电复位功能。在本系统中，采用10uF的电容和10kQ的电阻来实现复位电路。当系统出错时
5、，直接按开关实现模拟系统上电复位的功能， 从而实 现系统重新复位启动。3 .系统的时钟电路时钟电路是用于产生单片机工作时所必需的时钟信号。时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的，有条不紊地一拍一拍地工作。时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统 的稳定性。在本系统中采用外部时钟方式的电路，如图所示：图4系统的时钟电路在本设计中的电容C1、C2典型值为3010 pF。外接代内容的值虽然没有严格 的要求，但是电容的大小会影响振荡器的稳定性和起振的快速性。同时，在系统中采用12MHz勺晶体振荡器来产生时钟脉冲。这样可以满足系统在设计时的机器 周期的需
6、要。4 .电机驱动电路由单片机直接输出的脉冲不足以驱动步进电机正常工作所以需要驱动电路给步进电机提供电源，在本设计中采用型号为 ULN2003A勺芯片，使步进电机正 常工作。驱动信号由P1 口的P1.0P1.3输出，分别与驱动芯片的B1B4相连, 电路如下图所示：图5电机驱动电路5.显示电路显示电路采用四位LED数码管显示，在本设计中采用的型号是HSN-3643S,图6显示电路6.电路开关通过单刀单掷开关控制电动机的正反转，电路如图:图7电路开关KTALZTOTIDITnrrjnrn:-:iP3 VTs：|nn ALfSWI.才，悔iP2JIW.IDFX.4M1X rzmia fza.i+ F
7、2JM1CFl.taTD F3TI 3&rni pstjufranfAjn Fba/iUil HkWMN FELDfA J3 FE. *?*.? +F件卧.眄 B.TWMWEE并整/1.3.绘制原理图可图8原理图1.4.元件计算石英的选择石英晶体频率的范围为 1.212MHZ,常用6MHZ、11.0592MHZ或12MHZ。 通常，电容C1和C2的值在530pF之间选择，电容的大小可起微调频率的作用。 所以选用石英晶体频率为12MHZ ,电容C1和C2的值为30pF。检测电路的选择发光二极管的管压降为2V,电流为10mA,电阻的选择：R=(5-2)/0.01=300Q1.5.元件清单列表名称型
8、号个数备注80C51片机AT80C51*1LEtM示屏HSN-3643S（共阴四位）*1电容30pf*2ULN2003芯片ULN2003A*1电阻10kQ*12100Q*1开关单刀单掷开关*2步进电机四相步进电机电 机*1晶振12MHz勺晶体振 荡器*1导线导线2.程序设计2.1 绘制程序流程图主程序需具备的功能，要不断扫描 P3 口并判断K1和K2是否闭合，并能根 据其电平高低，输出不同的控制脉冲，并调用显示子程序显示方向。图9主程序设计流程图图10子程序流程图16初始角度 ,0 度判断键盘状态首次按键处理正转 9 度反转 9 度读键盘情况小于跳转;r4 和 08h 比较大于跳转输出控制脉冲
9、程序延时地址加 1是结束标志2.2 汇编程序系统主程序：ORG 00HSTART: MOV R0,#03HMOV R4,#00HMOV P1,#03HWAIT: MOV P1,R0;MOV P3,#0FFHJNB P3.0,POS ;JNB P3.1,NEGSJMP WAITJUST: JB P3.1,NEG ;POS: MOV A,R4 ;MOV DPTR,#TAB1MOVC A,A+DPTRMOV P1,AACALL DIRINC R4AJMP KEYNEG: MOV R4,#6MOV DPTR,#TAB1MOV A,R4MOVC A,A+DPTRMOV P1,AACALL DIRFAJM
10、P KEYKEY: MOV P3,#03H;MOV A,P1JB P3.0,FZ1 jbCJNE R4,#08H,LOOPZMOV R4,#00HLOOPZ: MOV A,R4MOV DPTR,#TAB1MOVC A,A+DPTRMOV P1,A ;ACALL DIR ;INC R4 ;AJMP KEYFZ1: JB P3.1,KEYCJNE R4,#255,LOOPF ;MOV R4,#07HLOOPF: DEC R4 自减MOV A,R4MOV DPTR,#TAB1MOVC A,A+DPTRMOV P1,A ;输出控制脉冲ACALL DIRF ;程序延时AJMP KEYTAB1: DB 0
11、2H,06H,04H,0CHDB 08H,09H,01H,03H ; 正转模型资料 显示子程序：DIR:MOV DPTR,#TABL1 ; 正转显示 AJMP DIR1DIRF:MOV DPTR,#TABL2 ；反转显示DIR1:MOV R1,#00HMOV R2,#04HMOV R3,#0F7HDIR2:MOV A,R1MOVC A,A+DPTRMOV P0,AMOV A,R3MOV P2,ARR AMOV R3,AINC R1ACALL DELYDJNZ R2,DIR2RETDELY:MOV R6,#20H ；延时D1:MOV R7,#56HLOOP:DJNZ R7,LOOPDJNZ R6
12、,D1RETTABL1:DB 06H,06H,06H,00H ；正转TABL2:DB 06H,06H,06H,40H ；反转END四、调试与仿真绘制完电路图后， 将编好的程序输入软件内检查所编程序是否正确， 检查程序无误后装入单片机内，进行防真。首先工作的是检测电路，发光二极管亮5秒，说明单片机80C51是正常的。如图:PEHfAinFI*M ，口 am:=L2皿rni3 ，也妙.眄 ra.Tflw?FZ2H.ID NJ/MI ，工加dX P35t.l3 FZJKM + F2JM-ICF3J3fM：F P3.VIXb .RIE rajTITT FRs/rn KU/rimwnP3TXW图11检测
13、电路工作令反转键K1闭合，步进电动机反转工作，数码管显示AA,如图:，口函叩 ,口.皿1 而初联 CHAR FD.tmD+ ，口弗叶 州由韩PZAWE PS.IiMS工2s，工皿U PH* 口 P2OA1+ fZ?rA-KrMW-qp ni/TXD P32/tl *jjrwn”由E rnarrirafiWK F3.7iirr图12步进电动机反转在反转时，如果按下复位键，电机会停止转动，数码管也将不显示转向， 发光二极管。正转键K2闭合，步进电机开始正转工作，数码管显示 CC如下图所示:KLTDP3ffllF3J4WF - 图13步进电动机正转五、硬件调试结果图14检测电路工作图15步进电动机正
14、转图16步进电动机反转由于步进电动机工作时旋转比较缓慢，不容易观察到，在实验时需要耐心等待， 观察步进电动机的正反转。若是步进电动机的正反转与设想的不同， 需调整步进 电动机的接线方式，直到与仿真电路相同为止。六、心得体会通过本次设计使我对步进电动机有了深入的了解，在辅导老师指导下，然后自己在图书馆翻阅有关书籍和上网，搜集到了不少有关步进电动机的知识。经过我的不懈努力，把步进电机的结构、工作原理及控制其正、反转等一一弄明白了，但是这离课程设计需要掌握的知识相差甚远，我只能不断的向老师和同学请教，然后仔细的揣摩。在这次课程设计中，通过用单片机控制步进电机的正、反转，我也对单片机的知识也进行了复习和巩固。通过这次设计让我体验到了编写程序难度和成功的快乐。实践是检验真理的唯一标准，学习再多的理论也只能纸上谈兵， 只有把理论应用到实践中， 才能检验出理论的真伪。通过这次的课程设计，我不仅把单片机的有关知识系统的复习了一遍，而且学会了各种设计电路的软件，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，这次设计实在是让我获益匪浅。参考文献：1 郭文川 .MCS-51 单片机原理、接口及应用.北京：电子工业出版社，2013.2 张荣标 .微型计算机与接口技术.北京：电子工业出版社， 2009.