【正文】 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)畢業(yè)論文目 錄1 緒論 1 技術(shù)概述 1 本課題的背景和意義 3 本設(shè)計(jì)完成的工作 32 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)簡介 4 單片機(jī)系統(tǒng)概述 4 AT89S52功能概述 4 引腳功能說明: 4 時(shí)鐘振蕩器 7 步進(jìn)電機(jī)概述 73 常用軟件基礎(chǔ)知識(shí) 9 C語言程序設(shè)計(jì)概述 9 C語言出現(xiàn)的歷史背景 9 C語言的特點(diǎn) 10 Keil編譯器軟件簡介 13 使用Keil軟件建立一個(gè)工程 13 STCISP軟件介紹 17 程序燒寫過程： 184 系統(tǒng)概述及設(shè)計(jì) 20 整體結(jié)構(gòu) 20 系統(tǒng)作用 20 系統(tǒng)應(yīng)用 205 硬件設(shè)計(jì) 22 硬件設(shè)計(jì)原則 22 MCU最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 22 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 23 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 23 上拉電阻的作用 24 L298N驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 24 L298N芯片簡介 24 MAX232電路設(shè)計(jì) 25 MAX232 芯片簡介 25 鍵盤的電路設(shè)計(jì) 26 鍵盤的特性 26 按鍵的確認(rèn) 26 鍵盤的工作方式 266 軟件設(shè)計(jì) 28 程序模塊 28 中斷模塊 29結(jié)論 31致謝 32參考文獻(xiàn) 33附錄A 資料翻譯 34 英文資料 34 中文譯文 43附錄B 程序源碼 50附錄C 系統(tǒng)總體電路圖 54附錄D 實(shí)物圖 55II沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文1 緒論 技術(shù)概述在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還是在日常生活中的家用電器，都大量地使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。因此對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制變得越來越重要了。電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)化。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其原理是通過對(duì)它每相線圈中的電流和順序切換來使電機(jī)作步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路由脈沖信號(hào)來控制，所以調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的頻率便可改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通俗地說:當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(及步進(jìn)角)。通過控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。同時(shí)通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的，現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM),混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相:“。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù):電機(jī)固有步距角:它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，(、)，這個(gè)步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù):是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，、。在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。保持轉(zhuǎn)矩:是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2 Nm的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2 Nm的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn):%5%，且不累積。，從而導(dǎo)致力矩下降乃于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)。一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在130C以上，有的甚至高達(dá)200C以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度80C90C完全正常。，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢。頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率(或速度)的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。，但若高于一定速度就無法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。介紹步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)技術(shù)參數(shù):空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速)。，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。因此,微電腦控制步進(jìn)電機(jī)最適合。本文以永磁式步進(jìn)電機(jī)為例,來介紹如何用MCS51 系列單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)。 本課題的背景和意義步進(jìn)電機(jī)可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。步進(jìn)電機(jī)作為控制執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。例如，在儀器儀表，機(jī)床設(shè)備以及計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備中（如打印機(jī)和繪圖儀等），凡需要對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行精確控制的情況下，使用步進(jìn)電機(jī)最為理想。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì)就出現(xiàn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，動(dòng)作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒有什么區(qū)別，也是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在本世紀(jì)初，由于資本主義列強(qiáng)爭奪殖民地，造船工業(yè)發(fā)展很快，同時(shí)也使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)得到了長足的進(jìn)步。到了80年代后，由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式更加靈活多樣。原來的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路。計(jì)算機(jī)則通過軟件來控制步進(jìn)電機(jī)，更好地挖掘出電動(dòng)機(jī)的潛力。因此，用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時(shí)代趨勢。現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。現(xiàn)階段，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)獲得最多的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)完成的工作本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)方面的應(yīng)用。這個(gè)設(shè)計(jì)最終目的是設(shè)計(jì)出一個(gè)可以控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)功能：(1) 使用一個(gè)5V直流電源供電。(2) 設(shè)計(jì)一個(gè)外圍驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。(3) 加入按鍵來控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)所要求的數(shù)據(jù)。(4) 最后編寫軟件部分，將程序輸入單片機(jī)并運(yùn)行系統(tǒng)，使系統(tǒng)工作。2 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)簡介 單片機(jī)系統(tǒng)概述隨著材料科學(xué)、工藝技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，電路系統(tǒng)向著集成度極高的方向發(fā)展。CPU的生產(chǎn)制造技術(shù)，也朝著綜合性、技術(shù)性、實(shí)用性發(fā)展。如CPU的運(yùn)算位數(shù)從4位、8位到32位機(jī)的發(fā)展，運(yùn)算速度從8 MHz、32 GHz?？梢哉f是日新月異的發(fā)展著。其中單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用是越來越普遍了。單片機(jī)控制系統(tǒng)是以單片機(jī)（CPU）為核心部件，擴(kuò)展一些外部接口和設(shè)備，組成單片機(jī)工業(yè)控制機(jī)，主要用于工業(yè)過程控制。要進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先必須具有一定的硬件基礎(chǔ)知識(shí)；其次，需要具有一定的軟件設(shè)計(jì)能力，能夠根據(jù)系統(tǒng)的要求，靈活地設(shè)計(jì)出所需要的程序；第三，具有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。最后，還必須掌握生產(chǎn)過程的工藝性能及被測參數(shù)的測量方法，以及被控對(duì)象的動(dòng)、靜態(tài)特性，有時(shí)甚至要求給出被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 AT89S52功能概述AT89S52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器PEROM和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和FLASH存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。此單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合。AT89S52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)FLASH閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通訊口，內(nèi)置一個(gè)精密比較器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的工作模式，空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 引腳功能說明:MCS51是標(biāo)準(zhǔn)的40腳雙列直插式集成電路芯片，. AT89S52的引腳圖VCC：電源電壓； GND：地；P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫1可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0口接受指令字節(jié)，而在程序效驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，效驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉底時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。FLASH編程和程序效驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。P2口：P2口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯們電路。對(duì)端口寫1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉底時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@RI）時(shí)，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。FLASH編程或效驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3口：P3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P3的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯們電路。對(duì)端口寫1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉底時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是他的第二個(gè)功能，如下表所示： P3口AT89C2051特殊功能端口引腳功能特性RXD（串行口輸入）TXD（并行口輸入）INT0（外部中斷0）INT1（外部中斷1）T0（定時(shí)計(jì)數(shù)外部輸入0）T1（定時(shí)計(jì)數(shù)外部輸入0）(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) P3口還接收一些用于FLASH閃速存儲(chǔ)器編程和程序效驗(yàn)的控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。其引腳一旦變成兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，所有的I/O口都將復(fù)位到1狀態(tài)，當(dāng)振蕩器正在工作時(shí)，持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平便可完成復(fù)位，每個(gè)機(jī)器周期為12個(gè)振蕩時(shí)鐘周期。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平接地，需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位是內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。FLASH存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器輸出端 時(shí)鐘振蕩器AT89S52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋器件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體或陶瓷振蕩器及電容 C1，C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容 C1，C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的穩(wěn)定性，起振得難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30PF177。10PF，而如使用陶瓷振蕩器建議選擇40PF177。10PF。 時(shí)鐘振蕩電路 步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(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)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(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。步進(jìn)電機(jī)有幾個(gè)顯著特點(diǎn)： 步進(jìn)電機(jī)可以直接接受數(shù)字信號(hào)，而無需模/數(shù)變換。步進(jìn)電機(jī)具有快速啟/?？刂颇芰?，可在瞬間實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和停止；步進(jìn)電機(jī)具有高精度的特點(diǎn)，~90度之間；定位準(zhǔn)確。現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小， 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)