《嵌入式系统及应用》课程设计报告---步进电机控制

《嵌入式系统及应用》课程设计报告---步进电机控制一、设计任务1)从键盘上输入步进电机正、反转命令，转速参数（16级）和转动步数显示在LED显示器上。

显示器上显示：第一位为0表示正转，为1表示反转；第二位0~F为转速等级，第三到第六位设定步数。

2)单片机依显示器上显示的正、反转命令，转速级数和转动步数进相应动作，转动步数减为零时停止转动。

测量步进电机绕组两端电压，并在显示器上显示。

二、工作原理1、步进电机电路工作原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，它的运行需要专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号控制。

每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度，这个角度称为步距角。

脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电动机旋转的速度，改变绕组的通电顺序可以改变电机旋转的方向。

在数字控制系统中，它既可以用作驱动电动机，也可以用作伺服电动机。

它在工业过程控制中得到广泛的应用，尤其在智能仪表和需要精确定位的场合应用更为广泛。

如图2.1,当有一相绕组被通电激励时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短路径流向负相齿，为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转子被迫移动，使最近的一对齿与被激励的一相对准。

那么,通过对它每相线圈中电流的顺序切换可使电机作步进式旋转。

图2.1步进电机工作原理图2.2 步进电机控制电路2、LED显示电路LED显示电路工作原理如图2.3。

图2.3 LED显示电路工作原理3、键盘电路原理图键盘电路原理如图2.4。

图2.4 键盘电路原理三、设计原理及步骤系统中使用24BYJ-48（四相八拍）型号步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为5.625度，电机线圈由A、B、C、D四相组成。

步进电机驱动原理是通过对它每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转，驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。

HA、HB、HC、HD即为脉冲信号输入插孔，驱动器输出A、B、C、D接步进电机。

所需模块：单片机通用CPU板、Mon51K CPU卡、键盘显示板、电机音响继电器板。

设计步骤：1.检查设置：关闭实验仪电源，把MON51K 卡上跳线帽分别短接至“MON”、“片内”、“FOSC”、“总线”侧；CPU板跳线帽短接至“总线”；键盘显示板的“JK”置系统。

2.连线：①CPU板的 USB口→计算机USB口；②CPU板和键盘显示板：IOW→IOW，IOR→IOR，JD→JD，A0→A0，A1→A1，RST→RST，FF20→CS-8255K；③ CPU板和电机音响继电器板：Pl.0～P1.3→HA～HD 。

3联机调试1）开启实验箱电源，启动Keil软件，新建工程，创建文件，添加文件到工程，编译。

2）右键点击选择①设置晶振：实验箱用11.0592MHz；②选择硬件仿真；③选择通信端口。

3）点击编译下载、开始调试、全速运行程序后，全速运行程序后，通过键盘设置输入正、反转命令（0、1），转动参数（0～F），转动步数后，步进电机开始转动，步数逐渐减小到零时步进电机停止转动。

四、内存使用分配表内存使用分配表如表4.1表4.1 内存使用分配表五、设计说明及流程1、数码管显示字形LED显示器是由发光二极管构成的字段组成的显示器。

采用动态显示方式，即一位一位地轮流点亮（扫描）6位显示器。

在8032RAM存储器中设置六个显示缓冲区单元7EH-79H，分别存放6位显示器的显示数据（从高到低）。

显示子程序程序框图如图5.1。

图5.1 显示子程序程序框图2、键盘输入模块实验系统有4×8的键盘结构（见键扫显示原理图）。

键盘的行线通过电阻接+5V，当键盘上没有键闭合时所有的行线和列线都断开，行线都为高电平。

当键盘上某一键闭合时，则该键所对应的行线和列线都短路。

CPU逐行逐列地检查键盘的状态，可判断键盘上有无键闭合。

CPU对键盘上闭合键的键号确定，可根据行线和列线的状态计算求得，也可以根据行线和列线的状态查表求得。

键输入程序框图如图5.2。

图5.2 键输入程序框图3、步进电机控制模块四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB或A-B-C-D-A，激励一相即对该相置“ 1”，控制每一拍的间隔时间用延时子程序实现。

步进电机控制程序框图如图5.3。

图5.3 步进电机控制程序框图六、程序清单ORG 0000HAJMP MAINORG 0050HMAIN:MOV DPTR,#0FF23H ；主程序MOV A,#10000001BMOVX @DPTR,AMOV 79H,#00HMOV 7AH,#00HMOV 7BH,#00HMOV 7CH,#00HMOV 7DH,#00HMOV 7EH,#00HMOV R1,#7EH ；取显示内存缓充区的第一位START:ACALL KEY1 ；调用按键程序MOV @R1,A ；获得的值存放到7EH中CJNE R1,#78H,KS ；是否到78H，不到转KSCJNE A,#16H,AGAIN ；是否按下EXEC键，若是则跳转到RUN LJMP RUN ；调转到步进电机控制部分AGAIN:LJMP MAINKS:DEC R1LJMP STARTRUN:MOV A,7EH ；取当前所存JZ ZHENG ；跳转到正转JNZ FAN ；跳转到反转SJMP $ZHENG:MOV P1,#03H ；给AB两相脉冲ACALL DELAY ；调用延时子程序MOV P1,#06H ；给BC两相脉冲ACALL DELAY ；调用延时子程序MOV P1,#0CH ；给CD两相脉冲ACALL DELAY ；调用延时子程序MOV P1,#09H ；给DA两相脉冲ACALL DELAY ；调用延时子程序ANL 79H,#0FH ；取7EH低四位ANL 7AH,#0FH ；取7DH低四位ANL 7BH,#0FH ；取7CH低四位ANL 7CH,#0FH ；取7BH低四位LCALL DIR ；调用显示子程序MOV R5,79H ；步数由设定值降至0停止 CJNE R5,#0,Z1MOV 79H,#0FHDEC 79HMOV R5,7AHCJNE R5,#0,Z2MOV 7AH,#0FHDEC 7AHMOV R5,7BHCJNE R5,#0,Z3MOV 7BH,#0FHDEC 7BHMOV R5,7CHCJNE R5,#0,Z4LJMP MAINZ1:DEC 79HLJMP ZHENGZ2:DEC 7AHLJMP ZHENGZ3:DEC 7BHLJMP ZHENGZ4:DEC 7CHLJMP ZHENGFAN:MOV P1,#09H ；给AD相脉冲ACALL DELAY ；调用延时子程序MOV P1,#0CH ；给DC相脉冲ACALL DELAY ；调用延时子程序 MOV P1,#06H ；给CB相脉冲ACALL DELAY ；调用延时子程序 MOV P1,#03H ；给BA相脉冲ACALL DELAY ；调用延时子程序 ANL 79H,#0FH ；取7EH低四位 ANL 7AH,#0FH ；取7DH低四位 ANL 7BH,#0FH ；取7CH低四位 ANL 7CH,#0FH ；取7BH低四位 LCALL DIRMOV R5,79H ；步数自减部分 CJNE R5,#0,F1DEC 79HMOV R5,7AHCJNE R5,#0,F2DEC 7AHMOV R5,7BHCJNE R5,#0,F3DEC 7BHMOV R5,7CHCJNE R5,#0,F4LJMP MAINF1:DEC 79HLJMP FANF2:DEC 7AHLJMP FANF3:DEC 7BHLJMP FANF4:DEC 7CHLJMP FANDELAY:MOV A,#10H ；延时调速部分SUBB A,7DHMOV R1,ADELAY10:ACALL DIRDELAY13:DJNZ R1,DELAY10RETDIR:MOV R0,#79HMOV R3,#0FEHLD0:MOV DPTR,#SEG ；扫描值送到SEG MOV A,@R0MOVC A,@A+DPTR ；查表CPL A ；取反MOV DPTR,#0FF21H ；扫描值送到PB口MOVX @DPTR,AMOV A,R3 ；显示字位MOV DPTR,#0FF20HMOVX @DPTR,A ；扫描方式8255口ACALL DL1 ；延时INC R0 ；缓冲区地址加1MOV A,R3JNB ACC.5,LD1 ；判断是否扫描到第六个显示位 RL AMOV R3,AAJMP LD0LD1:RETSEG:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H, ；显示字码段DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,00H,73HDL1:MOV R7,#02H ；延时子程序DL:MOV R6,#0FFHDLA:DJNZ R6,DLADJNZ R7,DLRETKEY1:ACALL KS1 ；调用判断有无键按下子程序JNZ LK1 ；有键按下，转消颤延时ACALL DIR ；无键按下，调用显示子程序AJMP KEY1 ；返回KEY1，继续等待LK1:ACALL DIR ；调用显示子程序ACALL T12ms ；调用12ms延时子程序ACALL KS1 ；调用判断有无键按下子程序，确认按键真实性 JNZ LK2 ；有键按下转逐列扫描子程序AJMP KEY1 ；否则返回KEY1，继续等待LK2:MOV R2,#0FEH ；首列扫描字入R2MOV R4,#00H ；首列号入R4LK4:MOV DPTR,#0FF20H ；列扫面字送至键扫口MOV A,R2 ；第一次列扫描MOVX @DPTR,A ；使第0列线为0MOV DPTR,#0FF22H ；指向键入口MOVX A,@DPTR ；键入口读入行状态JB ACC.0,LONE ；第0行无键按下，转查第1行MOV A,#00H ；第0行有键按下，该行首键号#00HAJMP LKPLONE:JB ACC.1,LTOW ；第1行无键按下，转查第2行MOV A,#08H ；第1行有键按下，该行首键号#08HAJMP LKPLTOW:JB ACC.2,LTHR ；第2行无键按下，转查第3行MOV A,#10H ；第2行有键按下，该行首键号#10HAJMP LKPLTHR:JB ACC.3,NEXT ；第3行无键按下，转查下一列MOV A,#18H ；第3行有键按下，该行首键号#18H LKP:ADD A,R4 ；求原理图上的键号=行首键号+列号MOV DPTR,#TAB ；查找TAB1，将实际键号赋给AMOVC A,@A+DPTRPUSH ACC ；将键号压入堆栈LK3:ACALL DIR ；调用显示子程序ACALL KS1 ；等待键释放JNZ LK3 ；未释放，等待POP ACC ；键释放，键号 ARET ；键扫描结束，出口状态（A）=实际键号NEXT:INC R4 ；指向下一列，列号加1MOV A,R2 ；判断8列是否扫描完JNB ACC.7,KND ；8列扫描完，返回RL A ；扫描字左移一位，转变为下一列扫描字MOV R2,A ；扫描字入R2AJMP LK4 ；转下一列扫描KND:AJMP KEY1KS1:MOV DPTR,#0FF20H ；指向键扫口MOV A,#00H ；全扫描字#0HMOVX @DPTR,A ；全扫描字入键扫口MOV DPTR,#0FF22H ；指向键入口MOVX A,@DPTR ；读键入口行状态CPL A ；变正逻辑，以高电平表示有键按下ANL A,#0FH ；屏蔽高4位RET ；出口状态，（A）=1时有键按下T12ms:MOV R7,#18H ；延时12ms子程序TM:MOV R6,#0FFHDJNZ R6,$DJNZ R7,TMRETTAB:DB 07H,04H,08H,05H,09H,06H,0AH,0BH,01H,00H,02H, ；键表DB 0FH,03H,0EH,0CH,0DH,00H,00H,00H,00H,00H,00H,16HEND七、设计心得通过四天的学习和设计，让我将课上学习到的知识与实践更好的结合起来，通过单片机来实行简单或复杂的控制不再陌生。