0电机控制课程设计报告书题 目 基于单片机原理的步进电机的正反转 院 部 名 称 龙蟠学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 M12 电气工程及其自动化 组 长 姓 名 黄霈霈 同 组 学 生 侯婧芸 学 号 1221109009 设 计 地 点 工科楼 C103 设 计 学 时 1 周 指 导 教 师 周洪 金陵科技学院教务处制成绩1目 录目 录 .1摘 要 .11.概 述 .21.1 课程设计的任务和要求 .21.2 设计思路框架 .31.3 设计方案的模块解释 .32.系统硬件设计 .32.1 单片机最小系统原理介绍 .32.1.1 AT89C51 的工作原理 .42.1.2 复位电路的工作原理 .72.1.3 晶振电路的工作原理 .82.2 电机驱动电路原理介绍 .93.系统软件设计 .103.1 系统流程图 .103.2 系统程序分析 .114调试过程与结果 .195总结与体会 .206.参考资料 .217.附 录 .222摘 要介绍了步进电机正反转控制原理及其接口驱动控制电路，编制了基于 MCS-51 单片机的步进电机正反转控制的子程序，并应用 wave 软件进行了仿真。证明在并行口控制中，可以利用软件实现环行脉冲分配，实现程序较简单，同时还可以节省硬件投资。结合单片机控制步进电动机的实际工作环境，从提高控制系统运行的可靠性角度，讨论了实际应用的软件抗干扰技术。 关键词单片机；步进电机；正反转控制31.概 述1.1 课程设计的任务和要求电机控制课程设计是考察学生利用所学过的电机控制专业知识，进行综合的电机控制系统设计并最终完成实际系统连接，能够使学生对电气与自动化的专业知识进行综合应用，培养学生的创新能力和团队协作能力，提高学生的动手实践能力。最终形成一篇符合规范的设计说明书，并参加综合实践答辩，为后期的毕业设计做好准备。本次设计考核的能力主要有：专业知识应用能力，包括电路分析、电子技术、单片机、检测技术、电气控制、电机与拖动、微特电机及其驱动、计算机高级语言、计算机辅助设计、计算机办公软件等课程，还包括本专业的拓展性课程如变频器、组态技术、现场总线技术、伺服电机等课程。项目设计与运作能力，团队协作能力，技术文档撰写能力，PPT 汇报与口头表达能力。电气与自动化系统的设计与实际应用能力。要求完成的工作量包括：制作实际成品，并现场演示效果。学生结合课题进行 PPT 演讲与答辩。学生上交课题要求的各类设计技术文档。1.2 设计思路框架1.3 设计方案的模块解释本系统主要由电源模块、控制模块、电机驱动模块、按键中断模块等四个模块组成。电源模块的功能是将交流 220V 电源经过整流转化为直流+5V 电源，以供给4控制、显示、驱动等模块供电。控制模块是系统的主导作用，即 51 单片机的最小系统，用来发送信号以控制电机及显示。电机驱动模块使用的是 ULN2003 芯片。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个 2.7K 的基极电阻，在 5V 的直流工作电压下它能与 TTL 和 CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。按键模块则分为启动按键和中断按键，启动按键使用的是单片机普通的I/O 口。用来控制系统启动。中断按键则是使用的外部中断口（P3.2,P3.3)。在系统运行时则可以随时控制电机的加减速。52.系统硬件设计2.1 单片机最小系统原理介绍该电路工作原理：本项目中选用了最基础的 C51 单片机做为其控制核心，单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，本设计采用 AT89C51 单片机，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路、电源电路。单片机最小系统复位电路的极性电容 C3 的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用 1030uF,51 单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。51 单片机最小系统晶振 X1 也可以采用 6MHz 或者 12MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51 单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。单片机最小系统起振电容 C2、C3 一般采用 1533pF，并且电容离晶振越近越好。P0 口为开漏输出，作为输出口时需加上拉电阻 RP1，阻值一般为 10k。设置为定时器模式时，加 1 计数器是对内部机器周期计数（1 个机器周期等于12 个振荡周期，即计数频率为晶振频率的 1/12）。计数值 N 乘以机器周期 Tcy就是定时时间 t.设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由 T0 或 T1 引脚输入到计数器。在每个机器周期的 S5P2 期间采样 T0、T1 引脚电平。当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加 1，更新的计数值在下一个机器周期的 S3P1 期间装入计数器。由于检测一个从 1 到 0 的下降沿需要 2 个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。当晶振频率为12MHz 时，最高计数频率不超过 1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于 2ms。图 2-1 最小系统电路图62.1.1 AT89C51 的工作原理AT89C51 是一个低电压，高性能 CMOS8 位单片机带有 4K 字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。和 128 字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用 ATMEL 公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与 MCS-51 系列的单片机兼容。片内含有 8 位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51 单片机能够被应用到控制领域中。本设计采用 AT89C51，它提供以下的功能标准：4K 字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32 个 I/O 口，2 个 16 位定时/计数器，1 个 5 向量两级中断结构，1 个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51 还可以进行 0HZ 的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。VCC：电源电压 GND：地P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路双向 I/O 口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动 8 个 TTL 电路。当“1”被写入 P0 口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0 口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0 口在闪烁编程时，P0 口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。P1 口：P1 口一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动 4 个 TTL 电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1 口接收低 8 位地址。P2 口：P2 口是一个内部带有上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动 4 个 TTL 电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器时，P2 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据存储器时，P2 口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P