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一、設(shè)計(jì)內(nèi)容與應(yīng)用資源

1.設(shè)計(jì)內(nèi)容:

單片機(jī)控制四相步進(jìn)電機(jī)

速度可調(diào)，方向可調(diào)

速度采用定時(shí)器中斷方式來實(shí)現(xiàn)

步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)

步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)

步進(jìn)電機(jī)加、減速

定時(shí)器中斷控速

3.應(yīng)用資源:

一個(gè)四相電機(jī)

單片機(jī)最小系統(tǒng)

1.設(shè)計(jì)要求

通過按鍵控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)和加、減速，并且該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了共五級(jí)調(diào)速，加速減速分別兩級(jí)，原速自一級(jí)，具體計(jì)時(shí)時(shí)間及換速速度見下方第3小點(diǎn)計(jì)算可得。

2.設(shè)計(jì)思路

為實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)速度可調(diào)，方向可調(diào)的目的，并要用到定時(shí)器定時(shí)中斷來控制脈沖每變換一次的時(shí)間。此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路上采用一個(gè)定時(shí)器，兩個(gè)外部中斷，設(shè)置8個(gè)正反轉(zhuǎn)控制字存到ROM以查表用，其分別代表步進(jìn)電機(jī)的八拍。通過按鍵判別及定時(shí)器T0定時(shí)中斷使步進(jìn)電機(jī)按所設(shè)置時(shí)間依次循環(huán)取用數(shù)組并每次指針加一便賦給P1，以達(dá)到電機(jī)按相應(yīng)速度正、反轉(zhuǎn)起來的效果。外接外部中斷0、1的按鍵分別控制加速和減速，開啟外部中斷INT0則定時(shí)次數(shù)減少以增速；開啟外部中斷INT1則定時(shí)次數(shù)增加以減速。

具體軟硬件設(shè)置方面，在使用定時(shí)器前要先設(shè)定定時(shí)器T0的入口地址000BH,設(shè)置工作方式為方式1，并設(shè)置初值，對(duì)其進(jìn)行初始化。設(shè)置外部中斷器INT0的入口地址0003H，外部中斷器INT1入口地址0013H，并對(duì)其進(jìn)行初始化�？刂撇竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度與方向，我們?cè)谟布娐分械腁T89C52的P3口連接四個(gè)按鈕，分別控制步進(jìn)電機(jī)的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。

（1）正轉(zhuǎn)

設(shè)置R3置1時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)按下第三個(gè)按鈕P3.6時(shí)，R3=1，將正轉(zhuǎn)的查表數(shù)值按順序賦給P1口，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。

（2）反轉(zhuǎn)

按下第四個(gè)按鈕P3.7時(shí)，R3=0，按反轉(zhuǎn)查表數(shù)值順序賦值給P1口，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。

設(shè)置計(jì)時(shí)次數(shù)值R6=150，通過改變循環(huán)次數(shù)來實(shí)現(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，當(dāng)按下第一個(gè)按鈕P3.2時(shí)，程序執(zhí)行外部中斷T0，R6每次加上30（最多加至210），并重新按新的計(jì)時(shí)次數(shù)循環(huán)查表，來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加速。

按下按鈕P3.3時(shí)，R6每次減去30（最多減至90），重新按新的計(jì)時(shí)次數(shù)循環(huán)查表來實(shí)現(xiàn)減速。

3.相關(guān)計(jì)算過程：

即脈沖間隔時(shí)間（轉(zhuǎn)速變換）計(jì)算，由初次間隔時(shí)間基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，TH0=0FEH,TL0=0C0H

一級(jí)轉(zhuǎn)速：

4.設(shè)計(jì)意義

步進(jìn)電機(jī)是一種被廣泛使用的感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是當(dāng)輸入脈沖時(shí)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，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。

步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的功能也有了更多的需求，在簡單步進(jìn)電機(jī)的基礎(chǔ)上，增加了改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向與增加減少步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的功能，擴(kuò)大了步進(jìn)電機(jī)的使用場合范圍。

三、硬件電路圖

1.最小系統(tǒng)（基礎(chǔ)）

本控制系統(tǒng)比較簡單，不需要多余的外部擴(kuò)展芯片，因此選用一片AT89C52作為CPU來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也能大大縮短。在單片機(jī)外部接上時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源組成基本最小系統(tǒng)使其能夠正常運(yùn)行。

圖1.1最小系統(tǒng)

在我們所學(xué)習(xí)的最小系統(tǒng)之上，我們進(jìn)行了一定程度上的拓展，我們的目的是步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，但是首先要驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，但是單片機(jī)的管腳輸出電流較小，只有零點(diǎn)幾個(gè)毫安，吸納電流也只有十幾個(gè)毫安（大多數(shù)單片機(jī)只有幾個(gè)毫安），輸出最高電壓也不會(huì)越過5V，由于這個(gè)原因很少用單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)外設(shè)。ULN2003的作用就是把單片機(jī)的信號(hào)進(jìn)行（7路）放大，吸納電流可以達(dá)到500mA，耐壓能力也提高很多，基本能滿足微型步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流和電壓，所以大家經(jīng)常會(huì)在單片機(jī)輸出口上掛只ULN2003。ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。

3.電動(dòng)機(jī)

由于沒有在proteus軟件中找到三相步進(jìn)電機(jī)，因此經(jīng)過了多次試驗(yàn)后我們選取了仿真效果最好的四相六線電機(jī)來進(jìn)行仿真。

圖1.3四相六線電動(dòng)機(jī)

圖1.4 總電路圖

四、數(shù)組的使用

用單片機(jī)的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3分別控制步進(jìn)電機(jī)的A,B,C,D相繞組。四相八拍的通電相依次為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA，由此我們可以得到它的控制模型，以二進(jìn)制和十六進(jìn)制在表1中給出。

表1四相八拍的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)組

ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H ；外部中斷0入口
LJMP TIME0
ORG 000BH ；定時(shí)器中斷入口
LJMP T0_INT0
ORG 0013H ；外部中斷1入口
LJMP TIME1
ORG 0030H
MAIN:
MOV TMOD,#01H ；設(shè)置T0工作方式為方式1
MOV TH0,#0FEH ；設(shè)置T0初值
MOV TL0,#0CH
SETB ET0
SETB EA
SETB TR0
SETB EX0
SETB EX1
SETB IT0
SETB IT1
MOV R0,#10 ；設(shè)定計(jì)數(shù)初值
MOV R1,#0 ；查表值初始化
MOV R3,#0 ；正反標(biāo)志判別位
MOV R6,#150 ；設(shè)定變量計(jì)數(shù)（次數(shù)）值
LOOP: JB P3.6,AAA ；判斷正轉(zhuǎn)按鍵是否按下
MOV R3,#0
AAA:
JB P3.7,LOOP ；判斷反轉(zhuǎn)按鍵是否按下
MOV R3,#1
SJMP LOOP
T0_INT0:
MOV TH0,#0FEH
MOV TL0,#0CH
DJNZ R0,RETURN ；判斷計(jì)時(shí)次數(shù)有無到所設(shè)定次數(shù)值
MOV A,R6 ；修改計(jì)時(shí)次數(shù)所賦值，達(dá)到加減檔效果
MOV R0,A
MOV A,R1 ；加減速后重新將表中數(shù)值賦給A
CJNE R3,#1,BBB ；若(R3)不等于1則跳轉(zhuǎn)到子程序BBB
MOV DPTR,#Vn_step1 ；若(R3)等于1則向下運(yùn)行對(duì)Vn_step1
查詢，指向表首地址
SJMP CCC
BBB: MOV DPTR,#Vn_step2 ；對(duì) Vn_step2査詢，指向表首
地址
CCC: MOVC A,@A+DPTR ；取表內(nèi)數(shù)值賦值
MOV P1,A ；將值通過累加器賦值給P1口
MOV A,R1 ；初始化累加器
INC A ；查詢地址加1
CJNE A,#8,DDD ；若將表內(nèi)數(shù)值査詢到了八次即八拍
則向下運(yùn)行，否則跳轉(zhuǎn)到DDD子程序
CLR A ；將累加器清零
DDD: MOV R1,A ；將A中加1后的表內(nèi)對(duì)應(yīng)數(shù)值賦到R1或
到達(dá)8位后清零的值賦給R1
RETURN:RETI ；定時(shí)器中斷返回
TIME0: ；外部中斷0中斷服務(wù)程序——加速按鍵
CJNE R6,#90,JJJ ；若計(jì)時(shí)次數(shù)沒有減至90，則跳轉(zhuǎn)
到JJJ
SJMP KKK ；若已經(jīng)減至90，則中斷返回
JJJ:
MOV A,R6 ；將此時(shí)計(jì)數(shù)次數(shù)值賦給A
SUBB A,#30 ；將A中數(shù)值減30再賦給
MOV R6,A ；將A中數(shù)值賦給R6當(dāng)新的計(jì)時(shí)次數(shù)
KKK: RETI
TIME1: ；外部中斷1中斷服務(wù)程序——減速按鍵
CJNE R6,#210,NNN ；若計(jì)時(shí)次數(shù)沒有增至210，則跳
轉(zhuǎn)到NNN
SJMP MMM ；若已經(jīng)增至210，則中斷返回
NNN:
MOV A,R6
ADD A,#30
MOV R6,A
MMM: RETI
Vn_step1: DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H
Vn_step2: DB 09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03H,01H
END

復(fù)制代碼

本次對(duì)四相（代替三相以達(dá)更好效果）步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求通過按鍵控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)以及用定時(shí)器中斷的方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速并且使用匯編語言編程。
在編譯的過程中遇到了各種各樣的困難，首先是選擇步進(jìn)電機(jī)，由于軟件中沒有我們需要的三相電動(dòng)機(jī)，所以我們開始了漫長的嘗試道路，最終發(fā)現(xiàn)了一個(gè)效果最好的四相六線步進(jìn)電機(jī)。其次就是在面對(duì)只能正反轉(zhuǎn)45度的步進(jìn)電機(jī)我們對(duì)程序不斷審查，反復(fù)查找仿真運(yùn)行之后發(fā)現(xiàn)了一處不妥，改正了之后也只能正反轉(zhuǎn)85-90度。我們陷入了思維定勢，無法對(duì)自己的程序進(jìn)行糾錯(cuò)，要是全部推翻重新建立一種思路未嘗不可，但嘗試改變就預(yù)示著前功盡棄。在軟件和硬件的無數(shù)次聯(lián)調(diào)修改的情況下都沒有用，所以后面問隊(duì)友，經(jīng)過多次探討和改進(jìn)，推翻了之前的思路，重新構(gòu)建了上述設(shè)計(jì)思路和程序設(shè)計(jì)。

以上的Word格式文檔51黑下載地址：

02 步進(jìn)電機(jī)說明書.docx (224.8 KB, 下載次數(shù): 190)

節(jié)拍		通電相	控制模型
正轉(zhuǎn)	反轉(zhuǎn)	通電相	二進(jìn)制	十六進(jìn)制
1	8	A	00000001	01H
2	7	AB	00000011	03H
3	6	B	00000010	02H
4	5	BC	00000110	06H
5	4	C	00000100	04H
6	3	CD	00001100	0CH
7	2	D	00001000	08H
8	1	DA	00001001	09H