步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)是一種功能特殊的電動(dòng)機(jī)，它可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，而達(dá)到調(diào)速的目的，并且可以進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，因此它能夠在實(shí)際的應(yīng)用中得到廣泛的使用。</p><p>　　本文介紹了以AT89C52為控制元件的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了用

2、按鍵對(duì)步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)啟、停止、加速、減速、反轉(zhuǎn)等操作，該控制系統(tǒng)包含硬件電路部分和軟件設(shè)計(jì)部分，硬件部分包括晶振模塊、復(fù)位模塊、按鍵模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊。軟件編寫(xiě)使用了Keil uvision4軟件編程工具、protell 99se軟件畫(huà)圖工具、protues軟件仿真工具。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠,通過(guò)按鍵控制，LCD1602液晶顯示步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，本設(shè)計(jì)操作方便，節(jié)省成本，安全性高。&

3、lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī) 調(diào)速控制</p><p><b>　　Abstrcat</b></p><p>　　Stepper motor is the electrical pulse signal into angular displacement or linear displacement actuator.Ste

4、pper is a special kind motor,We can control the number of pulses to control the amount of angular displacement, so as to achieve accurate positioning purposes; at the same time by controlling the pulse frequency to contr

5、ol the motor rotation speed and acceleration, and speed control purposes.So it is widely uesd in the industry.This article describes the design of the stepper motor control s</p><p>　　Key words：Microcomputer

6、 Stepping motor Speed control system</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要Ι</b></p><p>　　AbstrcatII</p><p><b>　　1緒論1</b></p&

7、gt;<p>　　2設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)功能2</p><p>　　3 步進(jìn)電機(jī)硬件介紹3</p><p>　　3.1步進(jìn)電機(jī)的概述3</p><p>　　3.1.1步進(jìn)電機(jī)的原理3</p><p>　　3.1.2步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)5</p><p>　　3.1.3步進(jìn)電機(jī)的分類6</p>

8、<p>　　3.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)芯片 LUN2003A6</p><p>　　3.3單片機(jī)概述7</p><p>　　3.4 LCD1602液晶介紹11</p><p>　　4步進(jìn)電機(jī)軟件編寫(xiě)13</p><p>　　4.1 Keil uvision4簡(jiǎn)介13</p><p>　　4.2 C語(yǔ)言知識(shí)簡(jiǎn)

9、介18</p><p>　　4.3 步進(jìn)電機(jī)程序編寫(xiě)19</p><p>　　4.3.1程序編寫(xiě)的方案確定19</p><p>　　4.3.2 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.3.4 步進(jìn)電機(jī)加速、減速程序設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.3.5 控制系統(tǒng)按鍵程序設(shè)計(jì)24</p>

10、;<p><b>　　結(jié)論25</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　附錄28</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的發(fā)明使得我們的生活更加便捷

11、，更加靈活。在發(fā)明步進(jìn)電機(jī)以后人們從未放棄過(guò)對(duì)它的改進(jìn)，使得現(xiàn)如今步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛包括生活、可以設(shè)計(jì)等等，在最近的四十年以來(lái)，數(shù)字控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和永磁材料應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，所以步進(jìn)電機(jī)能夠廣泛地應(yīng)用于手工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床應(yīng)用、組合機(jī)床應(yīng)用、機(jī)器人研發(fā)以及升級(jí)改造、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備應(yīng)用、照相機(jī)鏡頭的馬達(dá)應(yīng)用,投影儀器件應(yīng)用、數(shù)碼攝像機(jī)、大型望遠(yuǎn)鏡、衛(wèi)星天線定位系統(tǒng)、醫(yī)療器件應(yīng)用以及各種可控機(jī)械工具等等。這些廣泛的應(yīng)

12、用極大地推動(dòng)了步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展。研究步進(jìn)電機(jī)為了更好地服務(wù)未來(lái)社會(huì)的需要，也有利于鞏固所學(xué)知識(shí)，了解科技前沿的動(dòng)態(tài)。使用單片機(jī)作為核心控制元件的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，能夠更有效率的、更加精確的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止、加速、減速、反轉(zhuǎn)等一系列的相關(guān)操作。步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展前景也是很不錯(cuò)，近幾年步進(jìn)電機(jī)改進(jìn)以及升級(jí)也很迅速。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用AT89C52型號(hào)的單片機(jī)作為核心控制元件對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)

13、行控制，通過(guò)操作單片機(jī)的I/O口，讓其輸出具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，然后輸出的方波信號(hào)通過(guò)ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，同時(shí)我們?cè)O(shè)計(jì)使用按鍵對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，并且應(yīng)用LCD1602液晶顯示器去顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及一些簡(jiǎn)單的運(yùn)行狀態(tài)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)將很有利于我們對(duì)于所學(xué)知識(shí)的進(jìn)一步的鞏固，對(duì)于本學(xué)科前沿發(fā)展的更加深入的了解。并且對(duì)于編程的使用更加熟練，有利于提高我們的邏輯思維能力。</p>

14、<p>　　2設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)功能</p><p>　　我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是以單片機(jī)為控制核心設(shè)計(jì)出一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇采用16位單片機(jī)AT89C52作為控制核心對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行相應(yīng)的控制，經(jīng)過(guò)單片機(jī)I/O口通過(guò)編程設(shè)計(jì)讓其輸出的具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制信號(hào)，去控制信號(hào)讓其經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；與此同時(shí)，再用按鍵來(lái)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，并用LCD1

15、602液晶顯示器顯示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度及正反轉(zhuǎn)狀態(tài)。</p><p>　　本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案是參考我們的專業(yè)課本以及其他的一些相關(guān)資料，首先是深入的學(xué)習(xí)了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所使用的各類硬件，包括AT89C52單片機(jī)、ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片，以及LCD1602液晶顯示器等等。通過(guò)使用模塊化的設(shè)計(jì)方案，我們一步一步的設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵的部分，然后再把這些模塊整理成一個(gè)完整的系統(tǒng)。</p><p&g

16、t;　　本次設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)有以下功能：</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)的速度控制</b></p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂?lt;/b></p><p>　　液晶顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)</p><p><b

17、>　　按鍵的正常使用</b></p><p>　　各個(gè)電路模塊正常工作</p><p>　　本系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　系統(tǒng)供電電源：電壓：5V</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的步進(jìn)電機(jī)為四相八拍的。</p><p>　　3 步進(jìn)電機(jī)硬件介紹</p><p&g

18、t;　　3.1步進(jìn)電機(jī)的概述</p><p>　　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(kāi)環(huán)控制元件。在實(shí)際的運(yùn)行情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖信號(hào)的頻率，而脈沖個(gè)數(shù)的控制可以去控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；而步進(jìn)電機(jī)的速度和加速度可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)一般采用金屬材質(zhì)的外殼，比較耐用，種類也是很多的，但是他們的原理差不多都是類似的。圖3-1為步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的

19、原理圖。</p><p>　　圖3-1 步進(jìn)電機(jī)原理圖</p><p>　　3.1.1步進(jìn)電機(jī)的原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是可以將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行器件，所以它在實(shí)際的使用時(shí)不能直接接到交直流電源上，而必須使用專業(yè)的驅(qū)動(dòng)器件----步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，這個(gè)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出的脈沖頻率可以從幾Hz到幾千Hz在這個(gè)范圍可以連續(xù)變化的脈沖信號(hào)，然后給環(huán)形分

20、配器一些列的脈沖，而環(huán)形分配器的主要功能是把來(lái)自外部控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按照一定的規(guī)律分配以后，功率放大器的放大作用，然后加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的內(nèi)部的各個(gè)輸入端，只有經(jīng)過(guò)以上的正確的各個(gè)相關(guān)的步驟，步進(jìn)電機(jī)才能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向的控制和速度的控制這兩個(gè)方面是步進(jìn)電機(jī)控制的核心部分。而步進(jìn)電機(jī)的外接線路是很簡(jiǎn)單的，易于進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。從結(jié)構(gòu)上看，步進(jìn)電機(jī)可以分為三相單</p><p>　　三拍、三相雙三拍和三相六拍3種，

21、它們基本原理如下：</p><p>　?。?）換相順序的控制</p><p>　　脈沖分配其實(shí)就是步進(jìn)電機(jī)通電換相的這一過(guò)程，這一過(guò)程對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)是非常重要的。四相八拍運(yùn)行方式為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA,其他運(yùn)行方式的原理與這些也是很相似的，我們同樣必須嚴(yán)格按照所要求的順序去進(jìn)行通電控制脈沖的輸入，可以參考各類文獻(xiàn)，我們?cè)谶@里不再贅述了。</p><p

22、>　　（2）步進(jìn)電機(jī)的換向控制</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)的運(yùn)行狀態(tài)是通過(guò)給定的工作方式為正序換相通電來(lái)實(shí)現(xiàn)的只有按照這種方式才能實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)運(yùn)行。假如說(shuō)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為三相六拍，即A→AB→B→BC→C→CA→A。如果我們按照反序通電換相的話，即A→AC→C→CB→B→BA→A，那么我們的步進(jìn)電機(jī)就會(huì)進(jìn)行反轉(zhuǎn)運(yùn)行，通過(guò)這種方式我們就可以掌控步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向了。其他運(yùn)行的方式情況與此類似，我們參照舉例

23、的原理就可以理解其他方式了，我們必須嚴(yán)格按照反序通電換相去進(jìn)行控制，可以參考各類文獻(xiàn)，我們?cè)谶@里也不再贅述。</p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)的速度控制</p><p>　　在實(shí)際步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行中，如果步進(jìn)電機(jī)接收到外界系統(tǒng)發(fā)給它的一個(gè)控制脈沖，那么步進(jìn)電機(jī)就會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)一步，然后如果步進(jìn)電機(jī)再一次接收到外界系統(tǒng)發(fā)給它的一個(gè)控制脈沖，那么步進(jìn)電機(jī)就會(huì)再一次轉(zhuǎn)動(dòng)一步。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度

24、和接受外接輸入的脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔有關(guān)，輸入給步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)控制脈沖的時(shí)間間隔越短，則步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度就會(huì)越快，相反，輸入控制脈沖的時(shí)間間隔越長(zhǎng)，則步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度就會(huì)越慢。我們可以去調(diào)整輸送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，用這種方法就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行速度的調(diào)試，調(diào)節(jié)出我們想要的速度的大小。在編程的時(shí)候要銘記這一點(diǎn)，利用程序?qū)斎朊}沖的時(shí)間進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使用延遲函數(shù)就可以寫(xiě)出控制步進(jìn)電機(jī)速度的程序段了。我們必須控制好步進(jìn)電機(jī)的速

25、度。</p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)的起?？刂?lt;/p><p>　　我們都知道步進(jìn)電機(jī)具有電氣的特性，所以在它實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)讓人感覺(jué)有一步一步運(yùn)行的感覺(jué)。如果在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖時(shí)序的信號(hào)的上升沿和信號(hào)的下降沿采用細(xì)分的類似于梯形波，這樣就可以減小步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行的步進(jìn)角度，進(jìn)而可以提高步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)候的穩(wěn)定、平緩的特性，使得其轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候更加平滑，振動(dòng)更加微弱。這樣就可以鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)

26、軸，使得步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而能夠更加有效的保護(hù)步進(jìn)電機(jī)，這種措施的優(yōu)點(diǎn)就是能夠延長(zhǎng)其使用壽命，保護(hù)機(jī)器。</p><p>　　（5）步進(jìn)電機(jī)的加減速控制</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，如果對(duì)步進(jìn)電機(jī)輸入的控制信號(hào)變化速率太快，則步進(jìn)電機(jī)會(huì)由于慣性跟不上控制信號(hào)的變化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步的現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了步進(jìn)電機(jī)的工作，甚至可能

27、會(huì)損壞步進(jìn)電機(jī)，</p><p>　　所以在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候我們應(yīng)該必須禁止這種情況的發(fā)生。我們必須采取相應(yīng)的措施解決這種問(wèn)題。在步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，規(guī)定必須有加速的過(guò)程，在停止的時(shí)候輸入波形有減速的過(guò)程。在實(shí)際應(yīng)用的控制系統(tǒng)中，我們要根據(jù)負(fù)載的使用情況去選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中必須嚴(yán)格的按照其要求啟動(dòng)電機(jī)，從而能夠更好地保護(hù)它。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn)：<

28、/p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，便于控制它的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及變速調(diào)節(jié)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)的控制范圍非常廣，所以我們可以進(jìn)行較為平滑的速度控制，并且在低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下仍能保證獲得很大的轉(zhuǎn)矩，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)具有這個(gè)特點(diǎn)所以一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)外接負(fù)載工作。</p><p>　　只能使用脈沖電源對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行供電，它不能直接用交

29、流電源或直流電源去供電。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候要記得步進(jìn)電機(jī)的這一特性，設(shè)計(jì)出合適的電源供電系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.2步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)</p><p>　?。ㄒ唬┎竭M(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)參數(shù)</p><p>　　1、相數(shù)：步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生不同對(duì)N極、S極磁場(chǎng)的激磁線圈的對(duì)數(shù)。常用英文字母m表示。 </p><p>　　2、拍數(shù)：步進(jìn)電機(jī)完成

30、一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需要的脈沖數(shù)或者導(dǎo)電狀態(tài)，用英文字母n表示，或者也可以指步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需要的脈沖的數(shù)量，</p><p>　　3、步距角：步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)過(guò)的角位移，用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運(yùn)行拍數(shù)）。</p><p>　　4、定位轉(zhuǎn)矩：步進(jìn)電機(jī)在不通電的狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子它本身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差所造成的）。</p

31、><p>　?。ǘ┎竭M(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)：</p><p><b>　　1、步距角精度：</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。不同運(yùn)行拍數(shù)的步進(jìn)電機(jī)這個(gè)誤差也是不同的。</p><p><b>　　2、失步：</b></p><p>　　

32、當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候它運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，這個(gè)步數(shù)并不等于理論上步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的步數(shù)。這種現(xiàn)象稱之為失步。在實(shí)際的使用過(guò)程中應(yīng)該盡量避免這種情況。</p><p><b>　　3、失調(diào)角：</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子的軸偏移定子的軸的角度即為失調(diào)角，失調(diào)角這個(gè)參數(shù)我們應(yīng)該極力地避免它</p><p>　　的出現(xiàn)，可以必須采用更加高級(jí)的辦法去解決這個(gè)

33、問(wèn)題，避免在實(shí)際的使用中發(fā)生這種情況。</p><p>　　4、最大空載的運(yùn)行頻率：</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，額定的電壓及額定的電流作用下，步進(jìn)電機(jī)不帶任何負(fù)載的情況下，能夠運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速頻率。</p><p><b>　　最大空載的啟動(dòng)頻率</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在額定的電壓和電流作用

34、下，它不附帶任何的外接負(fù)載，這時(shí)能夠使它直接啟動(dòng)的頻率即為最大空載啟動(dòng)頻率。</p><p>　　3.1.3步進(jìn)電機(jī)的分類</p><p>　　1、 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VAriABle ReluCtAnCe，簡(jiǎn)稱 VR）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。這種步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，成本距角可以做得很小，但它不擁有較好的動(dòng)態(tài)性能。</p><p>

35、;　　2、 永磁式步進(jìn)電機(jī)（PermAnent MAgnet，簡(jiǎn)稱 PM）永磁式步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造里的轉(zhuǎn)子是用永磁體材料制造而成的，所以這種步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)可以向外發(fā)射磁場(chǎng)的源。因?yàn)檫@種步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以這種步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角比較大，并且它的輸出轉(zhuǎn)矩比較大，動(dòng)態(tài)運(yùn)行的性能較好，運(yùn)行的時(shí)候消耗的功率比較小（相比反應(yīng)式），但這種步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)是啟動(dòng)運(yùn)行的時(shí)候輸入的信號(hào)頻率要求較低，有時(shí)候我們還可能需要使用

36、正極或是負(fù)極的脈沖去進(jìn)行供電。</p><p>　　3、 混合式步進(jìn)電機(jī)（HyBrid，簡(jiǎn)稱 HB） 混合式步進(jìn)電機(jī)的制造技術(shù)綜合利用了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)。由于這種電機(jī)能夠開(kāi)環(huán)運(yùn)行并且由它組成的控制系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單，因此這種步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)科技中的應(yīng)用也是十分廣泛的，我們應(yīng)該好好學(xué)習(xí)這種步進(jìn)電機(jī)的工作原理。</p><p>　　3.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)芯片 LUN2003A</p>

37、<p>　　ULN2003A采用雙列16腳封裝的形式,NPN晶體管矩陣,它適合用于TTL COMS,使用達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路。這實(shí)際應(yīng)用中用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上的參數(shù)估算，去完成相應(yīng)的任務(wù)。ULN2003A采用集電極開(kāi)路輸出，輸出的電流比較大，因此它可以直接地驅(qū)動(dòng)繼電器或者固體繼電器，當(dāng)然我們也可以利用它直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003A時(shí)，使用上拉2K的電阻比較適合實(shí)際情況，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該采取

38、懸空方法或接電源的措施。ULN2003A的作用是：ULN2003A是采用大電流驅(qū)動(dòng)德陣列,ULN2003A多數(shù)情況下應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)控制、智能儀器儀表的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用、PLC編程控制系統(tǒng)、數(shù)字量輸出卡等實(shí)際的各種方案設(shè)計(jì)中。它可以直接地去驅(qū)動(dòng)繼電器等</p><p>　　一系列應(yīng)用負(fù)載。 ULN2003A輸入5V 的TTL電平，輸出可以達(dá)到500mA/50V。ULN2003A可以承受較高的電壓、同時(shí)也可以通過(guò)較大電

39、流,它由七個(gè)硅作為材料的NPN達(dá)林頓管組合而成，它的內(nèi)部構(gòu)造其實(shí)并不是非常復(fù)雜，我們應(yīng)該好好學(xué)習(xí)它的工作原理。 </p><p>　　ULN2003A 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,它的特點(diǎn)是通過(guò)的電流增益高、工作的時(shí)候承受的電壓高、應(yīng)用的溫度范圍寬、外接負(fù)載能力強(qiáng)等等特點(diǎn),因此它適應(yīng)于各類型要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的實(shí)際系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也是非常廣泛的。</p><

40、p>　　ULN2003A經(jīng)常被我們應(yīng)用在以下的各種電路中，比如說(shuō)作為顯示驅(qū)動(dòng)、繼電器驅(qū)動(dòng)、照明燈驅(qū)動(dòng)、電磁閥驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等等各類型的電路中。ULN2003A是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列電路，它具有7個(gè)獨(dú)立的反相驅(qū)動(dòng)器，而它內(nèi)部的每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的輸出灌電流可以達(dá)到500 mA，當(dāng)它導(dǎo)通時(shí)輸出的電壓約為1 V，截止時(shí)輸出電壓可以達(dá)到50V。當(dāng)外部提供給ULN2003A的驅(qū)動(dòng)電源電壓為+12 V左右時(shí)，若我們要求每段數(shù)碼管導(dǎo)

41、通的時(shí)候流過(guò)的電流為40mA左右，則我們可以根據(jù)歐姆定律計(jì)算出每段的限流電阻約為50Ω。則我們可以使用一塊ULN2003A恰好地驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED數(shù)碼管的全部7段正常顯示。大數(shù)碼管采用共陽(yáng)極接法，輸入低電平的時(shí)候才會(huì)有效。鎖存器輸出的電平經(jīng)過(guò)NPN三極管9014反相以后，再經(jīng)由ULN2003A放大后才能去驅(qū)動(dòng)大數(shù)碼管顯示我們想要的內(nèi)容，去達(dá)到我們想要的目的.</p><p><b>　　3.3單片機(jī)概述&l

42、t;/b></p><p>　　單片機(jī)（英文名single-chip microcomputer）是包含了微型計(jì)算機(jī)主要功能模塊且都集成在一塊芯片上的單芯片的微型計(jì)算機(jī)。圖3-2中給我們展示了單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖，由此圖我們可以大致的了解單片機(jī)的組成模塊。由于單片機(jī)內(nèi)部各個(gè)模塊的集成度很高，所以單片機(jī)能夠縮短系統(tǒng)內(nèi)部的信號(hào)傳送的距離，縮短了處理的時(shí)間，更好地優(yōu)化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)配置，系統(tǒng)的可靠性得到較大程度的提高并

43、且運(yùn)行處理的速度也大大加快，同時(shí)單片機(jī)的指令系統(tǒng)又非常適合于工業(yè)控制的要求，所以單片機(jī)在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)及設(shè)備管理控制系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，我們學(xué)好單片機(jī)工作原理以及使用方法對(duì)以后的工作非常有幫助。</p><p>　　圖3-2 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)時(shí)的控制和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理時(shí)，單片機(jī)需要與外界時(shí)時(shí)交換各種信息。人們需要通過(guò)人機(jī)對(duì)話的方式，去了解由單片機(jī)組成

44、的控制系統(tǒng)的工作情況和進(jìn)行相應(yīng)操作的時(shí)時(shí)控制。單片機(jī)芯片與其它的CPU芯片相比較，它的功能雖然足夠完善全面，但由于其內(nèi)部芯片結(jié)構(gòu)配置、外圍引腳數(shù)目的限制，以及單片機(jī)片內(nèi)ROM容量、RAM大小、I/O口數(shù)量等的限制，在構(gòu)成實(shí)際的應(yīng)用控制系統(tǒng)時(shí)需要加以擴(kuò)展，去彌補(bǔ)本身的不足，以適應(yīng)不同的、要求更加多樣的控制系統(tǒng)或電子器件的設(shè)計(jì)。圖3-3向我們展示了單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)的組成。</p><p>　　圖3-3單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)

45、</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一款最小應(yīng)用的控制系統(tǒng)，最小應(yīng)用的控制系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)，利用單片機(jī)I/O口的控制作用去實(shí)現(xiàn)我們想要的簡(jiǎn)單的</p><p>　　操作。我們采用的這種系統(tǒng)成本比較低廉、內(nèi)部結(jié)構(gòu)配置比較簡(jiǎn)單明了，他人很容易深入了解，所以常用這種形式來(lái)構(gòu)成比較簡(jiǎn)單的控制操作系統(tǒng)，比如說(shuō)開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出控制、時(shí)序操作的控制、模擬/數(shù)字量的輸入輸出

46、的控制等等。對(duì)于片內(nèi)有較大容量ROM/EPROM的單片機(jī)來(lái)說(shuō),最小應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)包括配有晶振模塊、復(fù)位電路模塊和供電電源模塊的單個(gè)芯片；而對(duì)于單片機(jī)內(nèi)部沒(méi)有較大容量ROM/EPROM的芯片來(lái)說(shuō)，它們的最小應(yīng)用控制系統(tǒng)除了應(yīng)配置上述的晶振模塊、復(fù)位電路模塊和供電電源模塊之外，還應(yīng)該配備外接的EPROM或EEPROM作為程序存儲(chǔ)器來(lái)擴(kuò)展使用。</p><p>　　現(xiàn)在介紹下本次我們要使用的AT89C52型號(hào)的單片機(jī),AT

47、89C52是一款使用電壓較低，性能較高的CMOS組成的8位微型單片機(jī)，單片機(jī)的內(nèi)部包含有8k字節(jié)的可反復(fù)擦寫(xiě)重復(fù)使用的的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），這種器件采用ATMEL公司的密度較高、不容易失去活性的存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并且它的一大特點(diǎn)就是可以兼容國(guó)際上標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)，單片機(jī)內(nèi)部擁有通用的8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)程序的單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)以及控制領(lǐng)域有著非常廣闊的實(shí)

48、際應(yīng)用。</p><p>　　AT89C52擁有40個(gè)外部引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)單片機(jī)內(nèi)部包含有2個(gè)外部處理的中斷口，3個(gè)16位的可以編寫(xiě)程序用于定時(shí)的計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)可以進(jìn)行讀寫(xiě)的口線。AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，可以使用C語(yǔ)言對(duì)它進(jìn)行編程也可以使用匯編語(yǔ)言對(duì)它進(jìn)行編程，另外我們也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線進(jìn)行程序的編寫(xiě)。</p><p>

49、;　　圖3-4 AT89C52單片機(jī)實(shí)物</p><p>　　單片機(jī)各引腳簡(jiǎn)單介紹</p><p>　　接下來(lái)我們著重的介紹下單片機(jī)各個(gè)引腳的功能和相應(yīng)的使用方法。AT89C52型號(hào)的單片機(jī)擁有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)AT89C52單片機(jī)內(nèi)部包含有2個(gè)處理外部信息的中斷端口，3個(gè)16位的可以編寫(xiě)程序用于定時(shí)的計(jì)數(shù)器,2個(gè)工作模式為全雙工的串行通信口，2 個(gè)

50、可以進(jìn)行讀寫(xiě)的端口線。</p><p>　　圖2-5 AT89C52引腳圖</p><p><b>　　P0口引腳介紹</b></p><p>　　我們可以從圖中看出P0口包含8個(gè)I/O口，并且它可以驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路。當(dāng)P0輸入為高電平“1”時(shí)，它的作用是高阻抗作用。在訪問(wèn)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

51、數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。</p><p><b>　　P1口引腳介紹</b></p><p>　　我們可以從圖中看到P1口擁有8 位雙向I/O口，它們都是帶有上拉電阻的，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。</p>

52、<p>　?。?）P2口引腳介紹</p><p>　　P2口也是擁有8位雙向傳輸信號(hào)的I/O口，并且它們也都含有上拉電阻的，我們可以使用它可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門電路。</p><p>　　（4）P3口引腳介紹</p><p>　　P3口的功能以及內(nèi)部構(gòu)造和P2口是類似的。P3口的引腳也是帶有上拉電阻的8位雙向傳輸信號(hào)的I/O口。同時(shí)它也可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TT

53、L邏輯門電路。</p><p>　　3.4 LCD1602液晶介紹</p><p>　　LCD1602液晶顯示器能夠顯示16列2行的內(nèi)容，即總共可以顯示32個(gè)字符，LCD1602液晶顯示器也叫作LCD1602字符型液晶顯示器，它可以用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)，功能非常強(qiáng)大，易用性強(qiáng)。LCD1602液晶模塊內(nèi)部已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，它內(nèi)部包含的這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的

54、大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，而每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的編程代碼，比如說(shuō)大寫(xiě)的英文字母“X”的代碼是01011000B（58H），LCD1602顯示時(shí)模塊把地址58H中的點(diǎn)陣字符圖形調(diào)用出來(lái)并顯示出來(lái)，從而我們就能在顯示屏上看到大寫(xiě)字母“X”。</p><p>　　圖3-6 LCD1602液晶引腳圖</p><p>　　由LCD1602液晶引腳圖我么可以知道，其擁有16個(gè)引腳。其中：&

55、lt;/p><p>　　第1引腳：電源地GND。</p><p>　　第2引腳: 5V電源的正極VCC。</p><p>　　第3引腳：VL引腳為L(zhǎng)CD1602對(duì)比度調(diào)節(jié)的引腳，接電源正極時(shí)LCD1602顯示器的</p><p>　　亮度最低，接電源地時(shí)顯示亮度最高。在后期制作的時(shí)候可以根據(jù)需要去連線進(jìn)而調(diào)節(jié)。</p><p&

56、gt;　　第4引腳：RS引腳的功能是寄存器的選擇，當(dāng)輸入為高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。</p><p>　　第5引腳：RW引腳為讀寫(xiě)信號(hào)線，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，1602進(jìn)行讀操作；當(dāng)輸入為低電平時(shí)，1602進(jìn)行寫(xiě)操作。</p><p>　　第6引腳：EN引腳為使能端。當(dāng)輸入為高電平時(shí)，1602進(jìn)行讀取信息，遇到負(fù)跳變時(shí)就執(zhí)行相應(yīng)的指令。</p><

57、p>　　第7~14引腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。</p><p>　　第15~16引腳：15引腳為背光的正極。16引腳為背光的負(fù)極。</p><p>　　圖3-7 LCD1602液晶實(shí)物圖</p><p><b>　　4步進(jìn)電機(jī)軟件編寫(xiě)</b></p><p>　　4.1 Keil uvision4簡(jiǎn)介<

58、/p><p>　　Keil uvision4是由ARM公司開(kāi)發(fā)研究成的，與2009年2月份正式發(fā)布，Keil uVision4設(shè)計(jì)語(yǔ)言引入了比較靈活多用的窗口管理系統(tǒng)，這樣就使得開(kāi)發(fā)工作人員能夠同時(shí)使用多臺(tái)監(jiān)視器，極大地提高了監(jiān)視效率，并提供了視覺(jué)上的表面對(duì)窗口位置的完全控制的任何地方。Keil uvision4設(shè)計(jì)的新型的用戶交流界面可以更好地利用電腦屏幕的空間和窗口的利用率也得到大大的提高，為用戶創(chuàng)造了一個(gè)簡(jiǎn)單明

59、了的，極高效率的工作編程環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的C程序。現(xiàn)在所授的課程也是以keil uVision4這個(gè)版本為工具去教學(xué)的，軟件界面也比較容易為我們學(xué)生所接受，各類操作也都比較符合windows7操作系統(tǒng)的操作習(xí)慣，并且這個(gè)軟件的各種庫(kù)文件、各類型號(hào)的單片機(jī)參數(shù)也是非常齊全的，有利月我們的學(xué)習(xí)使用。</p><p>　　由于我們是自動(dòng)化的學(xué)生，所以對(duì)于編程能力的要求也是很高的，以便于應(yīng)對(duì)以后的工作要求，大二我們就開(kāi)設(shè)了

60、C語(yǔ)言這門課程，并且我們一般還在校外報(bào)了輔導(dǎo)班來(lái)進(jìn)行C語(yǔ)言更加深入的學(xué)習(xí)，而Keil uVision4軟件就可以用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，我們所學(xué)的知識(shí)就得到了應(yīng)用，并且也學(xué)習(xí)到了其他更加深?yuàn)W的，高端的知識(shí)和方法，所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)也是對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的鞏固與提高，這樣的鍛煉對(duì)于以后得工作學(xué)習(xí)也有巨大的幫助，尤其是對(duì)C語(yǔ)言編程方面的工作，以及各種軟件的使用方法。</p><p>　?。?）使用keil軟件前先正確安裝該軟件，

61、安裝的過(guò)程十分簡(jiǎn)單，網(wǎng)上都有教程，按照教程一步一步的安裝就可以了，這里不再贅述。安裝完成后我們就能打開(kāi)keil軟件。下面就是打開(kāi)該軟件的截圖。</p><p>　　圖4-1 keil軟件打開(kāi)界面</p><p>　　我們想編寫(xiě)一個(gè)程序的話必須得新建一個(gè)新的工程文件，點(diǎn)擊“工程->New Project…”菜單，如下面的截圖：</p><p>　　圖4

62、-2 新建工程截圖</p><p>　　然后我們選擇工程文件要存放的路徑 ,輸入工程文件名bujindianji, 最后單擊保存.這個(gè)就是我們這次想要設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的程序的工程文件。里面包含一些工程文件和相應(yīng)的C語(yǔ)言代碼文件。</p><p>　　圖4-3 工程保存截圖</p><p>　?。?）選擇我們需要使用的單片機(jī)廠商的型號(hào)，這里我們選擇Atmel公司

63、的AT89C52單片機(jī)。當(dāng)然也可以選擇其他類型的單片機(jī)，這里因?yàn)锳T89C52的使用非常方便，編程也比較靈活，所以我們選擇使用它作為這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的控制核心部件。因?yàn)锳T89C52比AT89C51多4K字節(jié)的存儲(chǔ)空間，所以我們選擇使用它，程序存儲(chǔ)空間越大對(duì)以后編程的限制就會(huì)減小很多。</p><p>　　圖4-4 單片機(jī)型號(hào)選擇</p><p>　　新建一個(gè)C文件，并保存到工程里。注意：C文

64、件的后綴一定要是.c形式，并且保存完畢以后必須得保存到我們的工程里，否則無(wú)法進(jìn)行正常的編譯。然后我們就可以在這個(gè)C文件里進(jìn)行程序的編寫(xiě)了。另外提醒大家最好把這些文件放到一個(gè)文件夾里（可以自己新建一個(gè)文件夾），以后查找起來(lái)是非常方便的。我就是單獨(dú)弄了一個(gè)文件夾存放這些重要的文件。</p><p>　　圖4-5 C文件保存界面</p><p>　　圖4-6 C文件添加到源組截圖</p&g

65、t;<p>　　接下來(lái)我們就可以去進(jìn)行程序的編寫(xiě)啦。按照C語(yǔ)言的相關(guān)要求，并且要注意編程時(shí)候應(yīng)該注意的一些事項(xiàng)。最后編寫(xiě)完成我們的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的代碼以后不要忘記保存下來(lái)。以后的系統(tǒng)仿真工作還要用到，仿真的時(shí)候有什么BUG可以回到keil軟件中隨時(shí)修改我們的代碼。如果我們的仿真工作時(shí)令我們滿意的，則在編寫(xiě)完成后以及仿真完畢后我們可以使用keil軟件生成HEX文件，然后可以把這個(gè)HEX文件通過(guò)USB接口下載到我們的單片機(jī)里

66、，然后通過(guò)案件的控制去看我們編寫(xiě)的程序是否合格，如果有的地方不和我們的要求，我們可以回到keil軟件里繼續(xù)改寫(xiě)程序，做到最優(yōu)控制，最</p><p>　　終達(dá)到我們的目的。下面為編程界面截圖和燒寫(xiě)軟件的截圖。</p><p><b>　　圖4-7編程界面</b></p><p>　　圖4-8 程序編寫(xiě)完成編譯無(wú)錯(cuò)誤截圖</p>&

67、lt;p>　　圖4-9 STC_ISP燒寫(xiě)程序軟件截圖</p><p>　　4.2 C語(yǔ)言知識(shí)簡(jiǎn)介</p><p>　　C語(yǔ)言是運(yùn)用較為廣泛的編程語(yǔ)言，學(xué)習(xí)起來(lái)也很簡(jiǎn)單，易懂，適合初學(xué)者學(xué)習(xí)。C語(yǔ)言有著較強(qiáng)的邏輯性，要求程序員有著較強(qiáng)的羅輯思維能力。例外，C語(yǔ)言編寫(xiě)起來(lái)特別簡(jiǎn)潔直觀，它所包含的運(yùn)算符特別豐富，數(shù)據(jù)的類型也很豐富，可以直接尋址，類似于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的操作，代碼的質(zhì)量也是非常好的

68、，執(zhí)行起來(lái)的效率也特別高，C語(yǔ)言另外的一大優(yōu)勢(shì)就是可移植性好，新編寫(xiě)的程序可以移植前人優(yōu)秀的代碼，大大節(jié)省了資源，減輕了編程人員的負(fù)擔(dān)。但每一個(gè)實(shí)物都有它的兩面性，當(dāng)然C語(yǔ)言也有很多的不足，舉例來(lái)說(shuō)的話，C語(yǔ)言對(duì)它的數(shù)據(jù)封裝的保護(hù)就是很差的，我們也可以說(shuō)這是C語(yǔ)言和C++語(yǔ)言的最大的區(qū)別，并且我們?cè)诒究频膶W(xué)習(xí)過(guò)程中也認(rèn)識(shí)到C語(yǔ)言的編程語(yǔ)法的限制也是不太嚴(yán)格的，隨意性比較大，并且在編程的時(shí)候，對(duì)于數(shù)據(jù)變量的類型要求也不太嚴(yán)格，有時(shí)候甚至對(duì)

69、一些變量的定義比較模糊，沒(méi)有具體明確的規(guī)定，這就容易在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候?qū)τ诔绦虻陌踩?、易用性?gòu)成威脅。所以我們得懷著錙銖必較的心態(tài)去學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言，不能模棱兩可，糊弄自己。</p><p>　　4.3 步進(jìn)電機(jī)程序編寫(xiě)</p><p>　　4.3.1程序編寫(xiě)的方案確定</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、加速、減速、反轉(zhuǎn)等一系列操作，利用單

70、片機(jī)I/O口控制各個(gè)功能模塊的正常工作，各個(gè)功能模塊分別為L(zhǎng)CD1602液晶顯示模塊，按鍵控制模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。這次我使用了if、switch、for等語(yǔ)句進(jìn)行編寫(xiě)程序，巧妙的利用了它們的語(yǔ)法規(guī)則、功能作用。在編寫(xiě)完各種頭文件后，然后我再考慮各個(gè)模塊的編寫(xiě)方式，包括LCD1602液晶顯示的指令的輸入、數(shù)據(jù)的輸入、數(shù)據(jù)的顯示、以及初始化等模塊，按鍵的I/O口選擇，控制編碼的編寫(xiě)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行代碼的編寫(xiě)。等這些基本的模塊考慮好了以后，

71、再綜合起來(lái)考慮整體的設(shè)計(jì)思路，各個(gè)模塊的編寫(xiě)順序，初始化參數(shù)的設(shè)定，以及運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中不斷地發(fā)現(xiàn)自己的錯(cuò)誤和不足，不斷的提高自己的能力。對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制使用總線式的控制方式，即對(duì)它輸入16進(jìn)制的編碼進(jìn)行直接的控制，這種控制方式比較簡(jiǎn)單明了重復(fù)使用率高，因此我們編寫(xiě)的代碼量也大大減少了。對(duì)于LCD1602的程序編寫(xiě)，參照其各個(gè)引腳的功能和作用進(jìn)行控制顯示。按鍵占用幾個(gè)I/O口，選擇單片機(jī)相應(yīng)的一個(gè)口就可以了。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)占用

72、的單片機(jī)的I/O口并不是很多的，所以在設(shè)</p><p>　　首先，在編寫(xiě)主體程序段之前，讓我們做一些準(zhǔn)備工作，正所謂磨刀不誤砍柴工嘛，讓我們先聲明好編程所要使用的各個(gè)位，即位聲明。比如說(shuō)：按鍵的位聲明，LCD1602功能引腳的位聲明。</p><p>　　sbit RS=P1^0; </p><p>　　sbit RW=P1^1; </p>&l

73、t;p>　　sbit EN=P1^2; </p><p>　　sbit KEY1=P1^3;</p><p>　　sbit KEY2=P1^4;</p><p>　　sbit KEY3=P1^5等。以后編程時(shí)軟件就知道你定義的位對(duì)應(yīng)單片機(jī)哪個(gè)I/O口了，以后就可以直接使用這些定義的位了，不需要再重復(fù)定義了，大大節(jié)省了的那片機(jī)的存儲(chǔ)空間，另外還有一種辦法也可以

74、進(jìn)行位聲明，那就是把這些定義直接編寫(xiě)到<reg52.h>這個(gè)頭文件中，這個(gè)頭文件里面就都是對(duì)各個(gè)I/O口的定義以及一些常用的算法，如果你選擇用這個(gè)方法進(jìn)行位聲明的話，就能比第一種方法更加縮減了代碼的量。此外，我還聲明了兩個(gè)全局變量形式，即</p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsign

75、ed int以后再編程的時(shí)候遇到就可以直接使用uchar和uint了，它們兩個(gè)的意思分別是無(wú)符號(hào)的字符型數(shù)據(jù)和無(wú)符號(hào)的整形數(shù)據(jù)。這樣編程起來(lái)就很方便了，不用重復(fù)的去定義我們想要使用的變量名稱。這種編程方法是C語(yǔ)言中比較人性化的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，另外，對(duì)于延遲函數(shù)可以移植別人的程序段，當(dāng)然也可以自己編寫(xiě)，我是自己編寫(xiě)的，我是用了兩個(gè)for循環(huán)，兩個(gè)for循環(huán)去消耗掉一些時(shí)間，當(dāng)然具體的延遲時(shí)間要以后具體的去調(diào)整，從而去實(shí)現(xiàn)延遲一段精確時(shí)間的功能。

76、</p><p>　　而步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的代碼是事先編寫(xiě)好的，即：</p><p>　　uchar code tab[8]={0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09,0x01,0x03}，而把這些十六進(jìn)制的代碼翻譯成二進(jìn)制代碼的時(shí)候我們就可以知道單片機(jī)如何驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行了，0x01即0000 0001步進(jìn)電機(jī)A相得電，0x03即0000 0011步進(jìn)電機(jī)AB相同時(shí)得電，0

77、x02即00000010此時(shí)B相得電，0x06即00000110此時(shí)BC相得電，以此類推以后得電的順序?yàn)镃-CD-D-DA,即四相八拍的通電順序。</p><p>　　當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)就可以直接調(diào)用里面的代碼了。用這些控制代碼去控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、加速、減速、反轉(zhuǎn)等操作。使用switch/case語(yǔ)句就可以循環(huán)往復(fù)的調(diào)用這些控制代碼，而且非常易于分層次的編寫(xiě)，編寫(xiě)起來(lái)也是規(guī)律性很強(qiáng)，寫(xiě)出一句來(lái)，接下來(lái)的控制代碼就和前

78、面的差不多。如果使用if語(yǔ)句的話就會(huì)很麻煩，因?yàn)橐煌５娜ミM(jìn)行判斷，這樣會(huì)大大降低程序的效率。所以綜上所述，還是使用switch/case語(yǔ)句進(jìn)行速度以及顯示的代碼編程比較合適，其他部分可以參考使用。</p><p>　　在主程序的前面，必須得加入一段初始化的程序段，這段初始化的程序的作用就是把LCD1602顯示清零，光標(biāo)位置的確定，功能模式的確定，以及寫(xiě)命令、寫(xiě)數(shù)據(jù)的定義。</p><p&g

79、t;　　對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的控制代碼，我是用了幾段重復(fù)相似的if語(yǔ)句，通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的判斷去進(jìn)行相應(yīng)的操作。按鍵的按下，就可以去控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行了。而對(duì)于LCD1602液晶顯示器的編程，我是用了switch選擇語(yǔ)句，通過(guò)程序的判斷選擇，去讓LCD1602去顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，例如：正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，正傳的話顯示“z”反轉(zhuǎn)的話顯示“f”，加速還是減速。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)程序代碼的編寫(xiě)，關(guān)鍵一步就是LCD1602液晶顯示器程序的編寫(xiě)，它的寫(xiě)

80、命令、寫(xiě)數(shù)據(jù)、檢測(cè)顯示都要單獨(dú)寫(xiě)出一段函數(shù)的，以便以后能直接調(diào)用，而對(duì)于這方面的知識(shí)，我是跟著郭天祥老師的教學(xué)視頻學(xué)習(xí)研究的，包括程序的編寫(xiě)和keil軟件的使用。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)主程序流程框圖如下，通過(guò)對(duì)按鍵的判斷，去進(jìn)行相應(yīng)的操作。</p><p>　　4.3.2 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)</p><p>　　啟動(dòng)系統(tǒng)并且進(jìn)行初始化以后，若KEY2==1，則把0x02，0x06，0x0

81、4，0x0c，0x08，0x09，0x01，0x03，通過(guò)編程把這些控制代碼正序傳給P1口，并且讓它們根據(jù)程序的設(shè)定開(kāi)始循環(huán)的進(jìn)行使用，通過(guò)這樣的方法我們就實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)操作。并且通過(guò)LCD1602來(lái)顯示當(dāng)前的正轉(zhuǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)部分程序流程框架如下：</p><p>　　圖4-9 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)部分程序流程框架</p><p>　　4.3.3 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)</p

82、><p>　　控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)的方法和控制步進(jìn)電機(jī)正傳的方法類似，若KEY2==0，則把0x02，0x06，0x04，0x0c，0x08，0x09，0x01，0x03，這些控制代碼以倒序的形式傳給P1口，并且讓它們根據(jù)程序的設(shè)定循環(huán)往復(fù)的使用，通過(guò)這樣的方法我們就實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)操作。并且通過(guò)LCD1602液晶顯示器來(lái)顯示當(dāng)前的反轉(zhuǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，非常直觀易懂，很容易的就能夠控制步進(jìn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)部分程序流

83、程框架如下：</p><p>　　圖4-10 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)部分程序流程框架</p><p>　　4.3.4 步進(jìn)電機(jī)加速、減速程序設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)或者反向轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，如果檢測(cè)到KEY3按鍵被人為按下，通過(guò)改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)每一步的延時(shí)時(shí)間，進(jìn)而去實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的改變，速度的分級(jí)分為三個(gè)等級(jí)，依次為等級(jí)1、等級(jí)2、等級(jí)3。這部分對(duì)于程

84、序的精確性要求比較高，我選擇使用了switch/case語(yǔ)句，能夠較好的控制并把速度等級(jí)分類，并且我們通過(guò)編寫(xiě)LCD1602液晶顯示器的代碼來(lái)顯示當(dāng)前的速度狀態(tài)，速度的等級(jí)，當(dāng)然這也是switch/case語(yǔ)句里面的內(nèi)容。步進(jìn)電機(jī)加速、減速部分程序流程框架如下：</p><p>　　圖4-11 步進(jìn)電機(jī)加速、減速部分程序流程框架</p><p>　　4.3.5 控制系統(tǒng)按鍵程序設(shè)計(jì)<

85、/p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)使用到三個(gè)按鍵，這三個(gè)按鍵是采用獨(dú)立按鍵進(jìn)行設(shè)計(jì)的，按鍵部分的程序設(shè)計(jì)其實(shí)并不是很難，學(xué)習(xí)完案件的編寫(xiě)方法后，可以很簡(jiǎn)單的編寫(xiě)出來(lái)。它</p><p>　　用到了單片機(jī)P2的三個(gè)I/O口進(jìn)行編程控制，去實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、加速、減速、反轉(zhuǎn)等操作。因?yàn)楸敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于案件數(shù)量的要求并不是很多，所以就不適用矩陣鍵盤(pán)，而矩陣鍵盤(pán)適用于操作要求較多的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。&

86、lt;/p><p>　　圖4-12 步進(jìn)電機(jī)按鍵部分程序流程框架</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　我們的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)成功的實(shí)現(xiàn)了使用單片機(jī)作為控制核心去控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作，以及按鍵使用，LCD1602顯示的應(yīng)用，通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我更加熟練地掌握了編程的能力，羅輯思維的能力以及對(duì)于各種硬

87、件的了解，豐富了自己的知識(shí)儲(chǔ)備庫(kù)，以及解決問(wèn)題分析問(wèn)題的能力，并且也讓我了解到步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用十分廣泛，有著非常廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景和單片機(jī)在電子工業(yè)和控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因?yàn)槲乙院笠^續(xù)攻讀研究生學(xué)位，對(duì)于我的學(xué)術(shù)研究能有很大的提升。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)兩個(gè)月左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我從中學(xué)到了很多，對(duì)自己大學(xué)四年的學(xué)習(xí)有了一個(gè)更

88、加深入的了解，知道了自己所學(xué)專業(yè)的精華部分，自己的不足以及所需努力補(bǔ)強(qiáng)的地方，這些日子過(guò)得很充實(shí)，向老師請(qǐng)教問(wèn)題，討論研究畢設(shè)方案，并且和同學(xué)互幫互助，共同完成任務(wù)，不僅學(xué)習(xí)能力能到提升，而且和他人溝通交流的能力也大大提高。</p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，起初拿到這個(gè)題目的時(shí)候，我的心里還是很高興的，以為這個(gè)題目應(yīng)該不會(huì)太難，以前的學(xué)習(xí)也涉及到過(guò)，在大三的時(shí)候開(kāi)過(guò)控制電機(jī)這門課

89、程，不過(guò)在后來(lái)的設(shè)計(jì)方案過(guò)程中，我卻發(fā)現(xiàn)這個(gè)題目比自己想象中要難得多，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)包括硬件部分的設(shè)計(jì)和軟件部分的設(shè)計(jì)，而我負(fù)責(zé)軟件部分，也就是編寫(xiě)程序去控制步進(jìn)電機(jī)的操作，但光編程是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)槟惚仨毷煜じ鱾€(gè)硬件的使用方法，以及對(duì)應(yīng)的編程時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)，所以我做畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，先著重學(xué)習(xí)了各個(gè)硬件方面的知識(shí)，像單片機(jī)AT89C52，它的各個(gè)I/O口什么功能，編程時(shí)怎么使用這些I/O口，除了這些其他知識(shí)也較為全面的學(xué)習(xí)了一下；L

90、CD1602作為這次畢業(yè)設(shè)計(jì)控制顯示模塊，也是相當(dāng)重要的模塊，包括它的使用方法，接線方法，編程注意事項(xiàng)，以及得考慮怎么顯示才能讓別人較為容易的理解你所做的操作；ULN2003作為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)芯片，也非常關(guān)鍵，我也學(xué)習(xí)了它的工作原理，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及接線使用方法等等。在了解完這些關(guān)鍵的硬件知識(shí)后，我才能更好地去編寫(xiě)程序，其實(shí)編寫(xiě)程序也是很考驗(yàn)人的一項(xiàng)工作，你得有深厚的C語(yǔ)言編程能力</p><p>　　步進(jìn)

91、電機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用是非常廣泛的，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也讓我更加了解步進(jìn)電機(jī)的前景，它適用于很多的控制現(xiàn)場(chǎng)，并且它的成本低，穩(wěn)定性較好，可靠性高。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)鞏固的這些知識(shí)對(duì)于我們讀研或者工作都有很大的幫助。雖然這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程很艱難，很不容易，但人生就是這樣，不經(jīng)歷風(fēng)雨怎么見(jiàn)彩虹，人生需要奮斗，勇敢地區(qū)戰(zhàn)勝任何困難！“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，我將上下而求索”。</p><p>　　在這里我要感謝我們可愛(ài)的*老師，沒(méi)有您的諄諄教

92、誨，我們可能很難完成這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，您從開(kāi)始選擇參考資料，到后來(lái)的編程都給予了我巨大的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 吳金戌,沈慶陽(yáng),郭廷吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)[M] 清華大學(xué)出版社 2004.3</p><p>　　[2] 詹躍東,電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2002,

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98、t;　　#include<intrins.h> </p><p>　　#include<absacc.h></p><p>　　#define busy 0x80 </p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　#define uint unsigned in

99、t</p><p>　　sbit RS=P1^0; </p><p>　　sbit RW=P1^1; </p><p>　　sbit EN=P1^2; </p><p>　　sbit KEY1=P1^3;</p><p>　　sbit KEY2=P1^4;</p><p>　　sbit K

100、EY3=P1^5;</p><p>　　uchar code tab[8]={0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09,0x01,0x03};//步進(jìn)電機(jī)控制代碼</p><p>　　uchar temp;</p><p>　　void delay(uchar k)//延時(shí)函數(shù) </p><p><b>　　{

101、 </b></p><p><b>　　uint i,j;</b></p><p>　　for(i=k;i>0;i--)</p><p>　　for(j=100;j>0;j--)；</p><p><b>　　} </b></p><p>　　

102、void test_1602busy()//檢測(cè)LCD是否忙碌函數(shù) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=0xff; </p><p><b>　　EN=1;</b></p><p><b>　　RS=0;</b></p>

103、<p><b>　　RW=1; </b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p>　　_nop_(); </p><p>　　while(P0&busy)//檢測(cè)LCD DB7 是否為1</p><p><b>　　{ EN=0;

104、</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　EN=1;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>

105、;<b>　　EN=0; </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void write_1602Command(uchar co) //寫(xiě)命令函數(shù) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　test_1602bus

106、y(); //檢測(cè)LCD是否忙</p><p><b>　　RS=0;</b></p><p><b>　　RW=0;</b></p><p><b>　　EN=0; </b></p><p><b>　　_nop_(); </b></p&

107、gt;<p>　　P0=co; </p><p>　　_nop_(); </p><p>　　EN=1; //LCD的使能端 高電平有效</p><p>　　_nop_(); </p><p><b>　　EN=0; </b></p><p><

108、;b>　　} </b></p><p>　　void write_1602Data(uchar Data)//寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　test_1602busy(); </p><p><b>　　P0=Data; </b>

109、</p><p><b>　　RS=1;</b></p><p><b>　　RW=0;</b></p><p><b>　　EN=1; </b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b

110、>　　EN=0; </b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void init_1602(void)//初始化函數(shù) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　write_1602Command(0x38); //L

111、CD功能設(shè)定,DL=1(8位),N=1(2行顯示)</p><p>　　delay(5); </p><p>　　write_1602Command(0x01); //清除LCD的屏幕</p><p>　　delay(5); </p><p>　　write_1602Command(0x06); //LCD模式設(shè)定,I/D=1(計(jì)數(shù)地