单片机原理及应用课程设计报告江西农大单片机原理及应用课程设计报告 设计课题： 单片机限制步进电机 专业班级： 信工091班 学生姓名： 崔* 指导老师： 何老师 2012 年 5 月- 2 -目 录目 录11 设计任务书21.1 基本设计要求21.2 选作项目22 设计阐明32.1设计内容32.2设计要求32.3设备及工作环境33 系统方案整体设计43.1 设计思路44 硬件设计64.1 系统硬件设计64.1.1 最小单片机系统64.1.2 键盘设计64.2 系统工作原理论述75 软件设计95.1 分析论证95.1.1 步进电机运行驱动模块95.1.2 温度采集模块95.1.3 主函数模块95.1.4 整体功效95.2 程序流程图105.3程序清单116 调试过程及分析187 设计总结19参 考 文 献201 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以及其他四周原件芯片完成试验设计。（2）程序的首地址应使目标机可以干脆运行，即从0000H开端。在主程序的开端部分必需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）采纳单片机限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限制信号限制。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，步进电机才起先工作。（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，假如过热，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：如何生成限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限制步进电机。2、设三个自锁按键，分别作开关键盘、左转、右转限制。3、设9个触电按键分别限制输入的步数为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型综合单片机试验箱仿真实现限制步进电机集采问过程。2.2设计要求（1）采纳单片机限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限制信号限制。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，步进电机才起先工作。（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，假如过热，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、Keil C51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，脉冲信号按肯定依次轮番加到三相绕组上，从而实现不同的工作状态。由于通电依次不同，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（留意：上面“三相单三拍”中的“三相”指定子有三相绕组；“拍”是指定子绕组变更一次通电方式；“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，若通过脉冲安排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，假如图（a）所示。其次个脉冲到来，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，通过安排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。假如变更步进电动机的转动方向，只要将定子各绕组通电的依次改为A相-C相-B相-A相，转子转动方向即改为顺时针方向。 单三拍安排方式时，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，假如通电依次改为AB-CA-BC-AB则步进电机反转。双三拍安排方式时，步进电动机的步距角也是30度 （3）三相单，双六拍运行方式：三相六拍安排方式就是每个周期内有六个通电状态。这六中通电状态的依次可以使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。在三相六拍安排 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，简单发生失步；另外单靠一相绕组通电吸引转子，稳定性不好，简单在平衡位置旁边震荡，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，但电源较困难，实际应用较多。4 硬件设计4.1 系统硬件设计 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：给单片机运行供应时钟。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，运用时一般接排阻拉高电平。 键盘设计该电路中采纳独立键盘工作方式，共设有12个按键，分别供应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。其中有程序确定起作用。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限制器，为许多嵌入式限制应用供应了特别敏捷而又价格相宜的方案，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，对于任一个实时限制系统来说，这样长的时间是不行能在线修改程序的。l 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；l 存贮器为64K,前4K/8K20K在CPU内部,其它程序在EPR0M27512中；l 数据存贮器为32K(62256),地址为8000FFFFH；l /O扩展8155,片内RAM地址200O-20FFH ；l 8155吩咐口地址为2100H ；l A口地址21O1H B口地址：2102H C口地址:2103H ；l T低八位2104H T高八位2105H ；l 多路模拟开关的运用 IN0P1=0F8H IN4：P1=0FCH IN1P1=0F9H IN5：P1=OFDH IN2P1=0FAH IN5：P1=0FEH IN3P1=0FBH IN7：P1=0FFH l 不掉电数据存贮器为500EH-507FH ；l 限制板160x1O9(mm) 供电+5V300mA +12V100mA -12V100mA ；l 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-Flash Programmable and Eraseable Read Only Memory）的8位CMOS微限制器，运用高密度、非易失存储技术制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容；l 主要性能： 与MCS-51 微限制器产品系列兼容；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：该系统采纳的芯片还有：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限制信号限制。步进电机的步数由键盘输入，可通过独立键盘S1S9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，步进电机才起先工作。 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），假如过热，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限制电路设计与实现，主要采纳了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运用I/O端口，所以采纳了独立键盘的工作方式，系统工作时，键盘限制的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马上响应执行相应工作。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芯片限制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！