基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-17 12:42 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口（王衛(wèi)星，2009）。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?？臻e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，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。其引腳圖如圖3所示。圖3 STC89C52引腳圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)控制模塊由STC89C52最小系統(tǒng)組成，包括STC89C52單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路。晶振電路由兩個(gè)30pF左右電容和一個(gè)12MHz晶體振蕩器構(gòu)成，接入單片機(jī)的XX2引腳。單片機(jī)復(fù)位端高電平有效。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖4所示。圖4 單片機(jī)最小系統(tǒng) 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用了4*4矩陣式鍵盤(pán)也稱行列式鍵盤(pán)，它由行和列組成，在每一個(gè)行列的交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵，這樣一個(gè)8位的控制端口（P1口）就可以實(shí)現(xiàn)，比獨(dú)立式鍵盤(pán)節(jié)省了一半端口。其電路原理圖如圖5所示。圖5 鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)對(duì)應(yīng)的按鍵功能如表2。表2 按鍵功能行列號(hào)第一列第二列第三列第四列第一行E正轉(zhuǎn)987第二行D反轉(zhuǎn)654第三行C加速321第四行B減速F停止0A開(kāi)始 顯示模塊 LCD1602介紹1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊（胡學(xué)海，2005）。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。LCD1602是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字），LCD1602已經(jīng)很普遍了，具體的就不再介紹了。其引腳圖如圖6所示。VSSVCCV0RSRWEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7BLADBK12345678910111213141516圖6 LCD1602引腳圖 LCD1602電路圖本系統(tǒng)采用1602字符型液晶顯示模塊來(lái)顯示設(shè)定的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行距離與步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行距離。LCD1602與單片機(jī)的接線如圖5所示。LCD1602的控制端口RS、R/W、E分別與單片機(jī)的 、LCD的八個(gè)數(shù)據(jù)引腳分別與單片機(jī)的P0端口八個(gè)引腳相連，由于單片機(jī)P0端口內(nèi)沒(méi)有內(nèi)部上拉電阻，所以當(dāng)其作為輸出端口時(shí)，必須外加上拉電阻，并且通過(guò)把LCD1602與一個(gè)電位器連接來(lái)控制LCD1602的顯示亮度。其電路圖如圖7所示。圖7 LCD1602電路 驅(qū)動(dòng)模塊 ULN2003A介紹本系統(tǒng)采用額定電壓為5VDC，相數(shù)為4相的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)方式為4相8拍。一共有5跟線連接，其中紅色的為電源線。采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于單片機(jī)P口輸出的電流比較弱不能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所以要加一個(gè)ULN2003A芯片來(lái)放大電流使之能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作（李仁定，1999）。 ULN2003A內(nèi)部結(jié)構(gòu)及等效電路圖如圖8所示：圖8 ULN2003A內(nèi)部框圖及等效電路圖 驅(qū)動(dòng)電路圖、IN2，IN3，IN4接口連接，P2口通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)高低電平的依次轉(zhuǎn)換，然后再把P2口的電平信號(hào)通過(guò)ULN2003芯片放大后再把放大后的信號(hào)通過(guò)OUT1，OUT2，OUT3，OUT4一次接到步進(jìn)電機(jī)的ABCD四相。驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)連接電路圖如圖9所示。圖9 驅(qū)動(dòng)電路 位置檢測(cè)模塊本設(shè)計(jì)需要測(cè)量步進(jìn)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行的距離，采用了A3144E霍爾元件來(lái)測(cè)量。 A3144E介紹霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理制成的一種磁敏傳感器。它是近年來(lái)為適應(yīng)信息采 集的需要而迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感器，這類傳感器具有工作頻帶寬、響應(yīng)快、面積小、靈敏度高、便于集成化、多功能等特點(diǎn)，且易于計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字儀表接口，因此被廣泛用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)控制、信息傳遞、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，此處主要介紹開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器。 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器A、硅霍爾片B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC 門(mén)輸出E五部分組成，如圖16所示，從輸入端1輸入電壓Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器A穩(wěn)壓后加在 18 硅霍爾片B的兩端，以提供恒定不變的工作電流。在垂直于霍爾片的感應(yīng)面方向施加磁 場(chǎng)，產(chǎn)生霍爾電勢(shì)Vw，該n信號(hào)經(jīng)差分放大器C放大后送至施密特觸發(fā)器D整形。當(dāng)磁場(chǎng)到達(dá)“工作點(diǎn)”時(shí)，觸發(fā)器D輸出低電壓，此狀態(tài)稱為“開(kāi)”。當(dāng)施加的磁場(chǎng)到達(dá)“釋 放點(diǎn)”時(shí)，觸發(fā)器D輸出低電壓，使三極管E截止，輸出端V，輸出高電位，此狀態(tài)稱為“關(guān)”。這樣2次高低電位變換，使霍爾傳感器完成了1次開(kāi)關(guān)動(dòng)作。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器功能方框圖及其輸出電壓與外加磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系如圖10和11所示。ABDC123GNDEVCCV0圖10 霍爾傳感器功能方框圖工作點(diǎn)釋放點(diǎn)VOHV0BVRPVOPVOL圖11 輸出電壓與外加磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系 位置檢測(cè)電路圖位置檢測(cè)電路是由開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器和磁鋼組成，其中霍爾元件與單片機(jī)的連接電路圖如圖12所示。圖12 位置檢測(cè)電路4 程序設(shè)計(jì) 主程序單片機(jī)開(kāi)始工作時(shí)首先要對(duì)系統(tǒng)初始化，且LCD1602也要進(jìn)行初始化，對(duì)各標(biāo)志位、各變量進(jìn)行初始化，對(duì)各端口初始化等。初始化后系統(tǒng)進(jìn)入LCD顯示主界面，然后系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)部分，進(jìn)入循環(huán)部分后單片機(jī)會(huì)不斷檢測(cè)是否有鍵按下，如果沒(méi)有則繼續(xù)檢測(cè)，如果檢測(cè)到有任意鍵按下，則進(jìn)入相應(yīng)的按鍵子程序，而且本系統(tǒng)還會(huì)不斷的檢測(cè)單片機(jī)與霍爾傳感器連接的端口是否為低電平，如果不是則繼續(xù)檢測(cè)，如果是則進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行距離的計(jì)算。流程圖如圖13所示。實(shí)際距離大于等于設(shè)定距離？系統(tǒng)初始化主界面有數(shù)字鍵按下？相應(yīng)數(shù)字按鍵子程序？有功能鍵按下？相應(yīng)功能按鍵子程序計(jì)算實(shí)際運(yùn)行距離是否否否否是是是結(jié)束有功能鍵按下？相應(yīng)功能按鍵子程序是否開(kāi)始圖13 主程序流程圖 數(shù)字鍵處理程序當(dāng)按下數(shù)字鍵值，系統(tǒng)就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)字按鍵子程序，本程序就是把將相應(yīng)設(shè)定的距離變量左移一位，并將這個(gè)數(shù)字值存入設(shè)定的距離變量的個(gè)位。得到的流程圖
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