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1、2023/3/29,专业：,1,课题：液显步进电机控制,学生姓名：韩良 指导老师：孙晓明,2023/3/29,专业：,2,总体概述,步进电机具有控制简便，定位准确等特点。随着科学技术的发展，在许多领域得到广泛的应用。鉴于传统的脉冲系统移植性不好，本文采用51系列单片机AT89C51对步进电机进行软件编程控制，以此代替脉冲发生器和脉冲分配器。通过软件编程产生控制脉冲，并在IO口输出时序方波作为控制电机运动的脉冲控制信号，信号经过高压大电流达林顿晶体管ULN2003A驱动步进电机，Ampire128*64显示模块，显示步进电机运行状况。对电机运行状态的控制是应用五个键盘的按下产生信号输入，通过程序
2、对按键进行判断，从而使电机运行在所需的状态。此设计通过软件编程可以任意设定步进电机的转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。以简化控制电路，降低生产成本，提高系统的运行效率和灵活性,2023/3/29,专业：,3,目录,总体方案设计步进电机简介硬件模块设计软件模块设计仿真调试结果总结,2023/3/29,专业：,4,总体方案,控制方案确定方案一：通过延时，延时方法是在每次换向之后调用一个延时子程序，待延时结束后再次执行换向，这样周而复始就可发出一定频率的CP脉冲或换向周期。延时子程序的延时时间与换向程序所用的时间和，就是CP脉冲的周期，该方法简单，占用资源少，全部由软件实现，调用不同
3、的子程序可以实现不同速度的运行。但占用CPU时间长，不能在运行时处理其他工作。因此只适合较简单的控制过程。,2023/3/29,专业：,5,方案二：定时方法是利用单片机系统中的定时器定时功能产生任意周期的定时信号，从而可方便的控制系统输出CP脉冲的周期。当定时器启动后，定时器从装载的初值开始对系统及其周期进行加计数，当定时器溢出时，定时器产生中断，系统转去执行定时中断子程序。将电机换向子程序放在定时中断服务程序中，定时中断一次，电机换向一次，从而实现电机的速度控制。由于从定时器装载完重新启动开始至定时器申请中断止，有一定的时间间隔，造成定时时间增加，为了减少这种定时误差，实现精确定时，要对重装
4、的计数初值作适当的调整。调整的重装初值主要考虑两个因素一是中断响应所需的时间。二是重装初值指令所占用的时间，包括在重装初值前中断服务程序重的其他指令因。综合这两个因素后，重装计数初值的修正量取8个机器周期，即要使定时时间缩短8个机器周期。用定时中断方式来控制电动机变速时，实际上是不断改变定时器装载值的大小。在控制过程中，采用离散办法来逼近理想的升降速曲线。为了减少每步计算装载值的时间，系统设计时就把各离散点的速度所由于本计是简单的开环调速系统，所以相比较选择方案一作控制方式。,2023/3/29,专业：,6,步进电机简介,本设计选择的是四相六线步进电机，该步进电机为四相步进电机，采用单极性直流
5、电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。,2023/3/29,专业：,7,驱动电路确定本设计的重点在于对步进电机的控制和驱动，设计中受控电机为四相六线制的步进电机（内阻33欧，步进1.8度，额定电压12V）方案一：使用多个功率放大器件驱动电机通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大的要求，放大后能够得到较大的功率。但是由于使用的是四相的步进电机，就需要对四路信号分别进行放大，由于放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较复杂。方案二：使用ULN2003A芯片驱动电机ULN2003A芯片可以驱动两个二相
6、电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号。通过比较，使ULN2003A芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动步进电机，且价格不高，故选用ULN2003A驱动电机。而使用ULN2003A时，可以直接用单片机模拟出时序信号，由于控制并不复杂，故选用后者,2023/3/29,专业：,8,总体设计的系统框图,AT89C51单片机,12MHz晶振,控制步进电机开关,ULN2003A驱动电路,四相六线步进电机,Ampire128*64显示器,2023/3/29,专业：,9,硬件模块设计,单片机模块简介1）VCC（40）：电源+5V
7、。2）VSS（20）：接地，也就是GND。3）XTL1（19）和XTL2（18）：振荡电路。单片机是一种时序电路，必须有脉冲信号才能工作，在它的内部有一个时钟产生电路，有两种振荡方式，一种是内部振荡方式，只要接上两个电容和一个晶振即可；另一种是外部振荡方式，采用外部振荡方式时，需在XTL2上加外部时钟信号（详细的内容将在以后的课程中专门介绍）。,2023/3/29,专业：,10,4）PSEN（29）：片外ROM 选通信号，低电平有效。5）ALE/PROG（30）：地 址锁存信号输出端/EPROM编 程脉冲输入端。6）RST/VPD（9）：复位信号 输入端/备用电源输入端。7）EA/VPP（31
8、）：内/外部 ROM选择端 8）P0口（39-32）：双向I/O口 P1口（1-8）：准双向通用I/0口。9）P2口（21-28）：准双向I/0口。原理图如4-1所示：,2023/3/29,专业：,11,P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写
9、入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它,2023/3/29,专业：,12,利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊
10、功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
11、P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。,2023/3/29,专业：,13,键盘控制模块按键控制主要是由5个单体开关在单片机P1.0-P1.4口，有上拉电阻，当有开关按下时其输入低电平同时启动外部，延时中断分别控制其步进电机正传，反转，停止，加速，减速。,2023/3/29,专业：,14,LCD显示模块引脚接线图,2023/3/29,专业：,15,软件模块设计,主程序流程图,开始,显示初始化,显示不变量,等待中断,正转,反转,停止,加速,减速,调显示,分别调用指令,有无
12、中断返回键值,2023/3/29,专业：,16,键盘程序设计,延时消抖,取P1口值,正转指令,反转指令,停止指令,加速指令,减速指令,有无键按下,P1=0 xff,2023/3/29,专业：,17,显示程序流程图,开始,显示上半字,左半面,写指令页,写指令行,(col+16)64,写左半面字,显示下半字,写字显示,写字指令页,写字指令行,写右半面字,到有半面,写指令页,写指令行,写字,2023/3/29,专业：,18,总 结,本设计通过Keil软件和Proteus软件联调软件上机运行我们可以看到其Ampire128*64显示器可以显示其要求的数字，分别控制键盘我们可以看到步进电机可以正传，反转
13、，停止，加速，减速。而且步进电机运行状况能够正确的显示在显示器上。本设计主要体现单片机在控制步进电机方面的应用。通过这次的课题设计使我在各个方面都有了很大的提高。首先，对步进电机的工作原理有了一定的了解，同时在在设计的过程中使我感觉到整体电路的综合调试是非常重要，而且能够学会熟练使用Proteus软件和字模软件。在编程的学习中，现在小程序可以很快的编出来通过这次学习，一次系统的编程所需要考虑到的问题，同时也找到一些问题，这将为我以后的学习起到很大的帮助。在本文完稿之际，我要衷心感谢我的指导老师孙老师，在论文成稿期间，无论在选题上，还是资料的应用上，孙老师都给予我耐心细致的教导，在论文研究及撰写过程中，孙老师提出了许多宝贵意见，我学到了许多课外的知识，使我的综合能力得到了提升。老师严谨的治学态度，一丝不苟的敬业精神，诲人不倦的高尚师德，为我树立了做人、做事的楷模，对我今后的人生之旅将产生深远的影响。,2023/3/29,专业：,19,仿真调试结果,2023/3/29,专业：,20,正转情况：,2023/3/29,专业：,21,反转时情况：,2023/3/29,专业：,22,停止时情况：,2023/3/29,专业：,23,加速时情况：,2023/3/29,专业：,24,减速时情况：,
