【正文】 唐 山 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目：基于STC89C52單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系 別： 信息工程系 班 級(jí)： 姓　 　名： 指 導(dǎo) 教 師： 2013年6月10 日基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要步進(jìn)電機(jī)是一種純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，是一種受電脈沖信號(hào)控制的無(wú)刷式直流電動(dòng)機(jī)，是現(xiàn)代定位驅(qū)動(dòng)裝置的核心，廣泛應(yīng)用在機(jī)械、電力、紡織、電子、儀表、印刷以及航空航天、船舶、兵器等國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定度高、成本低、控制方便、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。本系統(tǒng)是由STC89C52單片機(jī)核心處理模塊，遙控器命令輸入模塊，ULN2003及28BYJ48步進(jìn)電機(jī)組成的電機(jī)模塊，12864液晶輸出模塊共同組成的基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)以載波為38KHZ的紅外遙控器作為用戶的控制端，它的功能是把用戶的命令轉(zhuǎn)換為紅外信號(hào)。紅外信號(hào)由TL1838接收，它可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將其發(fā)送給微控制器STC89C52。STC89C52對(duì)電信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理即可獲得用戶所發(fā)出的指令，并依此來(lái)控制28BYJ48型四相八拍電機(jī)并以12864液晶作為當(dāng)前狀態(tài)的顯示器。用戶可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的控制。本步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、控制方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：STC89C52 12864液晶 步進(jìn)電機(jī) 紅外遙控Design and Implementation of Stepper Motor Control System Based on MCUAbstractStepper motor is a kind of pure digital control motor and brushless dc motor controlled by electric pulse signal type. Stepper motor is the core of the modern orientation drive, widely used in machinery, electric power, textile, electronics, instruments, printing and aerospace, ships, weapons, and other areas of the defense industry, etc. The characteristics of the stepping motor control system based on single chip microputer include high stability, low cost, convenient control and wide application , etc.The stepper motor control system consists of core processor using the single chip processor, mand input control module using IR remote control , display module using 12864 LCD and 28BYJ48 stepping motor module which using ULN2003 as driver.The infrared remote control with carrier for 38 KHZ is used as the control end of the user, which can convert the users’ mands into the infrared signal. The TL1838 can receive the infrared signal and convert it into electrical signal, which input to MCU can obtain instructions of users by processing the ining signal and control stepping motor of the 28BYJ48 type, the current status can be shown by 12864 LCD. Users could control acceleration, deceleration, forward, inversion for the stepping motor. The features of the control system of stepper motor includes high precision, stable running, convenient control and simple maintenance and wide application, etc.Key word: MCU。 12864 LCD。 Stepper Motor。 Infrared remote control目 錄1 引言 12 總體設(shè)計(jì)方案 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 2 總體設(shè)計(jì)框圖 23系統(tǒng)硬件模塊的組成 3 3 STC89C52主要結(jié)構(gòu) 3 STC89C52功能特性描述 3 時(shí)鐘電路 6 6 步進(jìn)電機(jī)模塊 7 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 7 8 28BYJ48步進(jìn)電機(jī)工作原理 8 ULN2003芯片概述與特點(diǎn) 9 紅外線發(fā)射接收模塊 10 紅外線遙控的介紹 10 10 紅外遙控發(fā)射系統(tǒng) 12 紅外遙控接收系統(tǒng) 12 TL1838與單片機(jī)的接口 14 12864顯示模塊 14 12864液晶的特點(diǎn) 14 12864液晶的引腳說(shuō)明 15 12864液晶的讀寫(xiě)操作 17 12864液晶的控制指令 17 12864液晶接口電路 20 蜂鳴器模塊 20 蜂鳴器介紹 20 蜂鳴器的接口電路 214 軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試 22 主程序流程圖 22 23 遙控器的解碼 23 步進(jìn)電機(jī)的控制 23 顯示屏的控制 24 蜂鳴器的控制 24 模塊中的通信 245 編程與下載軟件 25 Keil軟件 25 STCISP下載軟件 266 硬件電路制作 27 原理圖的繪制 27 電路實(shí)現(xiàn)的基本步驟 277 結(jié) 論 30謝 辭 31參考文獻(xiàn) 32附 錄 33唐　山　學(xué)　院　畢　業(yè)　設(shè)　計(jì)1 引言步進(jìn)電機(jī)是一種純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，又稱為階躍電機(jī)或脈沖電機(jī)[1]。是一種轉(zhuǎn)動(dòng)速率與轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)可以由脈沖數(shù)量與頻率控制的直流電機(jī)，也就是說(shuō)這是一種轉(zhuǎn)動(dòng)速度與脈沖頻率相一致的同步電機(jī)。它是一種將電脈沖能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)制，這種方式使它轉(zhuǎn)動(dòng)的每一個(gè)角度，每個(gè)角度占用的時(shí)間都由用戶掌控。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的研究也到達(dá)了新的水準(zhǔn)。定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已完全由步進(jìn)系統(tǒng)所主宰。在過(guò)去，人們認(rèn)為步進(jìn)系統(tǒng)在很多方面都不及伺服系統(tǒng)，但是由于技術(shù)的不斷革新，材料的不斷升級(jí)優(yōu)化以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟，使得步進(jìn)控制系統(tǒng)在技術(shù)層面上迎來(lái)了嶄新的一頁(yè)。定位驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是處于不斷發(fā)展?fàn)顟B(tài)的，經(jīng)歷了步進(jìn)系統(tǒng)、直流伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)等過(guò)程的發(fā)展與過(guò)度，現(xiàn)在又回到了步進(jìn)控制系統(tǒng)。定位驅(qū)動(dòng)裝置之所以再一次回到步進(jìn)系統(tǒng)，是因?yàn)樗梢詫⑾到y(tǒng)簡(jiǎn)化，維護(hù)非常簡(jiǎn)單，它所構(gòu)成的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是無(wú)需反饋的，同時(shí)又能保持非常高的精度。所以現(xiàn)如今的定位驅(qū)動(dòng)裝置大多是采用步進(jìn)系統(tǒng)的，這在將來(lái)的幾十年都不會(huì)改變，這種由脈沖去控制轉(zhuǎn)動(dòng)方位，脈沖頻率決定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的定位方式一定會(huì)在很大程度上決定著工業(yè)與生活中的定位裝置的發(fā)展趨勢(shì)。步進(jìn)電機(jī)的上述特點(diǎn)使得它廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電力、紡織、電子、輕工、重工、電子、醫(yī)療、印刷以及航空航天等國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域。舉一個(gè)典型的例子，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械行業(yè)中有著舉足輕重的地位，而數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)轉(zhuǎn)又是依賴步進(jìn)電機(jī)的，它核心就是步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。這種無(wú)需反饋的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)決定了數(shù)控機(jī)床的工作可靠、性能穩(wěn)定、維護(hù)方便、加工迅捷的特點(diǎn)，也使數(shù)控機(jī)床成為如今機(jī)床發(fā)展的主要方向。在其他的許多行業(yè)中，步進(jìn)控制系統(tǒng)也發(fā)揮著舉足輕重的作用。比如我們?cè)谏钪谐Ｒ?jiàn)的有鐘表、廣告牌、繪圖儀等，在生產(chǎn)中常見(jiàn)的有印刷機(jī)器、紡織機(jī)、包裝機(jī)械等。本設(shè)計(jì)主要是基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，可以通過(guò)遙控器的鍵盤(pán)設(shè)置期望的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)紅外發(fā)射裝置及接收裝置，使單片機(jī)接收到用戶需要的控制命令，進(jìn)行相應(yīng)的處理，使步進(jìn)電機(jī)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并在LCD顯示屏顯示出來(lái)。本設(shè)計(jì)雖然是理論上的步進(jìn)系統(tǒng)，并沒(méi)有廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的定位裝置與生產(chǎn)當(dāng)中。但是隨著步進(jìn)電機(jī)技術(shù)的不斷革新和電機(jī)身上所固有的脈沖與角位移嚴(yán)格成正比的特點(diǎn)，以及紅外遙控的準(zhǔn)確、迅捷、易于控制的優(yōu)勢(shì)，步進(jìn)電機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)穩(wěn)定、高效、準(zhǔn)確的控制，都決定了基于單片機(jī)的紅外控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)將在生活生產(chǎn)中迎來(lái)廣闊的市場(chǎng)。為了表現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用廣泛性，本設(shè)計(jì)的一些功能的設(shè)定有一定的針對(duì)性，可以具體的表現(xiàn)出紅外控制的步進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)越性能。 2 總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理單片機(jī)STC89C52是整個(gè)系統(tǒng)關(guān)鍵部分，通過(guò)對(duì)遙控器上鍵盤(pán)的命令輸入，經(jīng)遙控器編碼后發(fā)出紅外信號(hào)，TL1838接收到信號(hào)并在單片機(jī)中解碼。本文提出的采用38KHZ的遙控器為核心控制器件的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)， 根據(jù)輸出信號(hào)的不同可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，其中采用了28BYJ48的步進(jìn)電機(jī)，以ULN2003為驅(qū)動(dòng)芯片，并通過(guò)單片機(jī)程序控制和處理， 從而實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)控制及相應(yīng)狀態(tài)顯示。本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)為核心處理器，遙控器為命令輸入模塊，由ULN2003及28BYJ48步進(jìn)電機(jī)組成的轉(zhuǎn)動(dòng)模塊、12864液晶的輸出模塊共同組成的基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。 總體設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)為核心處理器，利用載波為38KHZ的遙控器為輸入模塊鍵盤(pán)輸入模塊，控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并以三種不同的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并且轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)在12864液晶上顯示。系統(tǒng)構(gòu)成如圖21所示。 步進(jìn) 電機(jī) ULN2003TL1838 單 片 機(jī)遙控器 蜂鳴器 12864液晶圖21 系統(tǒng)框圖由系統(tǒng)框圖可知，遙控器和TL1838為輸入裝置，步進(jìn)電機(jī)、12864液晶、蜂鳴器為輸出裝置，單片機(jī)為中心處理裝置，ULN2003為驅(qū)動(dòng)器。 3系統(tǒng)硬件模塊的組成主控電路中，以單片機(jī)為主體，通過(guò)分析遙控輸入的指令，改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和顯示參數(shù)。它是系統(tǒng)的大腦。單片機(jī)（Micro Controller，又稱微控制器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機(jī)算計(jì)，這些部件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存貯器RAM、程序存貯器ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種I/O接口電路[3]。 STC89C52主要結(jié)構(gòu)STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口[4]。 STC89C52功能特性描述STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用宏晶公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash、256字節(jié)RAM、32 位I/O 口線、看門狗定時(shí)器、2個(gè)數(shù)據(jù)指針、三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行口、片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止[5]。STC89C52的引腳結(jié)構(gòu)如圖31所示。 圖31 STC89C52單片機(jī)引腳圖 GND：接地。VCC：供電電壓。P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1 端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，（）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（），在flash編程和校