【正文】 畢業(yè)論文 論 文 題 目： 基于單片機(jī) AT89C51 系統(tǒng) 的步進(jìn)電機(jī)控制 專 業(yè) 領(lǐng) 域： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 指 導(dǎo) 教 師： 作 者 姓 名： 班 學(xué) 號(hào)： 二 O 一 O 年 十 月 十 日 目 錄 II 目 錄 前 言 ....................................................................... 1 第一章 系統(tǒng)方案論證 ......................................................... 2 系統(tǒng)基本功能 ......................................................... 2 .......................................................... 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................. 3 第二章 硬件設(shè)計(jì) .............................................................. 4 單元模塊設(shè)計(jì) ......................................................... 4 單片機(jī) AT89C51介紹 .............................................. 4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理 .............................................. 8 鍵盤輸入塊 .................................................... 10 光電耦合器與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ........................................... 12 顯示快 ........................................................ 13 單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路圖 ......................................... 15 第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................................................... 17 程序設(shè)計(jì)流程圖 ...................................................... 17 匯編程序 ............................................................ 18 第四章 仿真與調(diào)試 ........................................................... 22 第五章 結(jié)果分析 .............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 第六章 總結(jié) ................................................................. 22 致謝 ........................................................................ 24 參考文獻(xiàn) .................................................................... 25 前 言 1 前 言 步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，它是基于最基本的電磁 感應(yīng)作用 ，將電 脈沖 信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、 照相機(jī)，大型望遠(yuǎn)鏡，衛(wèi)星天線定位系統(tǒng)等等。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步和電子技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊，同時(shí)也對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能提出了更高的要求。 1950 年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。到 20 世紀(jì) 60 年代后期，在步進(jìn)電機(jī)本體方面隨著永磁材料的發(fā)展，各種實(shí)用性步進(jìn)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。步進(jìn)電機(jī)往后經(jīng)過不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分解能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場合步進(jìn)電機(jī)用得最多。 步進(jìn)電機(jī)作為數(shù)字式執(zhí)行元件，相當(dāng)于一個(gè)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于控制、吳累計(jì)誤差和計(jì)算機(jī)接口方便等優(yōu)點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單，被廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化 控制系統(tǒng)中，但傳統(tǒng)的控制電路存在許多不足之處，如低頻振蕩、易發(fā)熱等缺點(diǎn)、噪聲大、步距角較大、分辨率低等，往往滿足不了工業(yè)上的精確定位和大扭矩控制。 目前 ,生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，能夠自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最基本的設(shè)備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能 像 普通的直流電機(jī)， 交流電機(jī) 在常規(guī)下使用。 現(xiàn)各界都運(yùn)用單片機(jī)進(jìn)行控制，并進(jìn)行不斷更新和完善，本研究主要 采用AT80C51 單片機(jī)控系統(tǒng)，并采用光電隔離技術(shù)，對(duì)其進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和研究。 貴州航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 第一章 系統(tǒng)方案論證 系統(tǒng)基本功能 設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制器。要求內(nèi)能從鍵盤上輸入步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及啟停，并顯示轉(zhuǎn)數(shù)。具體要求如下： (1) 鍵盤設(shè)計(jì) 0～ 9: 數(shù)字鍵。 *：正逆轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定完成后，按“ *”啟動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 ：清除設(shè)定為正轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)數(shù)為 00。 A：設(shè)定正逆轉(zhuǎn)。按“ A”鍵則 LED 指示燈亮 ，表示逆轉(zhuǎn)，再按則 LED 只是等滅，表示正轉(zhuǎn)。 (2) 控制過程 ① 送電時(shí)，設(shè)定為正轉(zhuǎn)，顯示器顯示為“ 00”。 ② 輸入轉(zhuǎn)數(shù)，顯示器顯示輸入的轉(zhuǎn)數(shù)，按“ A”設(shè)定正逆轉(zhuǎn)， LED 指示燈亮表示逆轉(zhuǎn)， LED 指示燈滅表示正轉(zhuǎn)，然后按 “ *” 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)行。 ③ 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，顯示器減 1，直至為 00，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 根據(jù)功能設(shè)計(jì)的要求本設(shè)計(jì)采用 AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)控制運(yùn)用矩陣式鍵盤作為輸入控制端驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用 74LS04 和達(dá)林頓管，使步進(jìn)電機(jī)可在智能化程序控制下完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定等各種操作。文中在 單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間增加一級(jí)光電隔離?？墒共竭M(jìn)電機(jī)具有更高的性能 ,同時(shí)把數(shù)字電路與驅(qū)動(dòng)電路隔離開 ,避免了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電壓和電流干擾單片機(jī)。 第一章 系統(tǒng)方案論證 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 要想實(shí)現(xiàn)以上論述的功能 只要 通過 P1 口的鍵盤輸入并 按一定的順序改變 P0 口輸出的 脈沖 信號(hào)，從而改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)四端 通電的狀況，即可控制步進(jìn)電機(jī)依選定的方向步進(jìn)。 同時(shí)通過顯示器同步的顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。 依據(jù)以上描述可畫出 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示 圖 步 進(jìn)電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)框圖 控制系統(tǒng)包括：鍵盤輸入模塊、顯示、指示模塊以及步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)模塊。鍵盤輸入模塊主要完成數(shù)據(jù)輸入及控制輸入，顯示模塊完成轉(zhuǎn)數(shù)的顯示。步進(jìn)電機(jī)模塊主要是由單片機(jī)輸出控制碼到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 的運(yùn)轉(zhuǎn)。 鍵 盤 單 片 機(jī) 顯 示 步進(jìn)電機(jī)控制 貴州航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 第二章 硬件設(shè)計(jì) 單元模塊設(shè)計(jì) 單片機(jī) AT89C51 介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器， 俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè) 芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 圖 是常用的一種單片機(jī)，型號(hào)為 AT89C51，它將計(jì)算機(jī)的功能都集成到這個(gè)芯片內(nèi)部去了，就這么一個(gè)小小的芯片就能構(gòu)成一臺(tái)小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。 圖 AT89C51 芯片 它有 40 個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有 20 個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭