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1、数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计 1数理与信息工程学院 单片机原理及应用期末学期课程设计题 目： 基于单片机的步进电机控制系统 专 业： 电子信息工程 文档由我国目前唯一全能交通出行搜索引擎达达搜 http:/ 分享 达达搜简介 达达搜作为新一代的混合交通搜索引擎，首创结合海、陆、空为一体的出行搜索方式，实 现对票价、里程、历时进行比较和排序。旨在为用户提供最方便、最便宜、最快捷的出行 方式，同时提供旅游、酒店等相关查询、预定的服务，达到出行各方面的需求可以在一个 平台上完成，减少用户操作，提高效率。出行海陆空，就上达达搜！ 如果你要找航班、火车或汽车等交通信息，现在可以不用
2、上百度了，上“达达搜”试试看。 昨天，由长沙达达网络公司推出的交通信息搜索引擎达达搜正式上线。无论是机票、火车 票和汽车票信息，都可以在达达搜上立即搜索出来。 “达达搜”总经理刘友常称，这个由长 沙人创立的搜索引擎是目前国内唯一的海陆空混合路径搜索、实时查询、各种票务比价订 购的交通垂直搜索引擎。 达达搜是一个国内唯一领先的海陆空混合路径搜索、实时查询、各种票务比价订购的交通 垂直搜索引擎。通过混合（国内外航班、火车、长途巴士等）搜索，可得到该行程的所有 出行方式，满足不同旅客的需求。尤其通过票务的比价和电子客票化，给旅客带来了更多 优惠和方便。 目前，达达搜可以搜索地球上 16000多个城市
3、间的任意两点之间的所有海陆空到达方式， 实现了国内外机票电子客票订购、火车票余票查询和订购、3000多个长途汽车巴士站的全 部路径查询和 32个巴士站电子客票的订购。 目 录数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计 2 第1章 引 言.3 1.1 步进电机控制系统概述.3 1.2 本设计任务和主要内容4 第2章 系统主要硬件电路设计.5 2.1 单片机控制系统原理.5 22 单片机主机系统电路5 2.2.1时钟电路6 2.2.2复位电路6 2.3 步进电机驱动电路7 2.4 LED显示电路.8 第3章 系统的软件设计10 3.1 步进电机的位置控制10 3.2 显示子程序13 第四章
4、 结束语17 第5章 参考文献18数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计 3 基于单片机的步进电机控制系统 第 1 章 引 言 在当今社会的各个领域步进电机无处不在，应用领域涉及机器人、工业电 子自动化设备、医疗器件、广告器材、舞台灯光设备、印刷设备、计算机外部 应用设备等等。因此，设计出高精确度、实时监控、语音提示的步进电机具有 重要的现实意义和实用价值。 本设计是基于 80C51 单片机的步进电机控制系统， 能够有效地对步进电机转速、方向的控制。为了能够更加人性化的控制系统， 本设计还增加了语音提示部分，在实际应用当中由于紧急事件需要在短时间内 了解电机的工作情况，这时看数码显
5、示就很不方便，而语音提示提供很大帮助， 只要按下语音提示按钮便能获取相关技术数据。 本设计采用 16 位单片机 MCS80C51 对步进电机进行控制，通过 I/O 口输 出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过驱动芯片驱动步进电 机；同时，用 4X4 的键盘来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转 速，采用 74LS164 作为 4位单个数码管的显示驱动。 1.1 步进电机控制系统概述步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一，是一种性能良好的数字执 行元件，随着计算机应用技术、电子技术和自动控制技术在国民经济各个领域 中的普及与深入，步进电机的需求量越练越大。 随着工业技术的不
6、断发展，以及同类产品的不断出现，步进电机面临着前 所未有的挑战。但近 30年来，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展， 推动步进电机的发展，为步进电机的应用开辟了广阔的前景，近几年来，步进 电机 需求量一直呈现出较快的增长速度，其中扫描仪、打印机、传真、 DVD-ROM/CD-ROM 驱动器、空调及多功能自动化办公设备等应用对步进电机 的需求增长最强。此外由于 USB2.0 的日益流行促进了高分辨率扫描仪的销售， 步进电机向着小型、薄型和更小的步进角度发展。 步进电机有着方方面面重要应用，如何对其进行有效控制，使其能够发挥 最大的优势是各个行业技术开发人员所共同关注的，本文旨在设计一套较完
7、整 的通用控制系统，对步进电机的转速、方向实行智能化控制，并能通过 LED 显 示其转速。 1.2 本设计任务和主要内容 本论文主要研究单片机控制的步进电机系统，对步进电机的转速、方向进数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计 4 行控制和显示。 主要内容如下： 通过键盘设定步进电机的转速及方向 LED 显示步进电机的转速 第2章 系统主要硬件电路设计数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计 5 2.1 单片机控制系统原理 AT89C51 单片机 LED 数码显示 步进电机转 速、方向控 制 键盘输入 图2-1 单片机控制系统原理框图 22 单片机主机系统电路AT89C51
8、是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位 微处理器。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。 单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非 易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由 于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一 种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式 控制系统提供了一
9、种灵活性高且价廉的方案。数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计 6 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3
10、.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 X1 12M C1 30pF C2 30pF C3 1p R1 1k vcc 图2-2 单片机主机系统图 2.2.1时钟电路 单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号 通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。MCS-51 单片机内部有一个用 于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚 XTALl 和 XT
11、AL2 分别是此放大电器 的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳 定，实际使用中常采用这种方式，如图 2-2所示在其外接晶体振荡器(简称晶振) 或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件 的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。 图 2-2中外接晶体以及电容 C2 和 C1 构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、 快速起振的作用，其值均为 30P 左右，晶振频率选 12MHz 2.2.2复位电路 为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复 位后可使 CPU 及系统各部件处于确定的初始状态
12、，并从初始状态开始正常工作。 单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要 RST 引脚上出现数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计 7 两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果 RST 引脚上持续 为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位后系统将输入/输出(1/0)端口寄存 器置为 FFH，堆栈指针 SP 置为 07H, SBUF 内置为不定值，其余的寄存器全部 清 0，内部 RAM 的状态不受复位的影响，在系统上电时 RAM 的内容是不定的。 复位操作有两种情况，即上电复位和手动(开关)复位。本系统采用上电复位方 式。图 2-2中 R9 和 Cl 组成上
13、电复位电路，其值 R 取为 1K, C 取为 1pF. 2.3 步进电机驱动电路驱动电路集成化成为一种趋势。目前，已有多种步进电机驱动集成电路芯 片，它们大多集驱动和保护于一体，作为小功率步进电机的专用驱动芯片，广 泛用于小型仪表、计算机外设等领域，使用起来非常方便。本设计采用 UCN5804B 芯片。UCN5804B 芯片适用于四相步进电机的单极性驱动。它最大 能输出 1.5A 电流、3.5V 电压。内部集成有驱动电路，上电自行复位，可以控 制转向和输出使能。 14 2 10 7 16 15 11 12 1 13 9 3 4 6 8 U1 UCN5804B R1 5R6 R2 5R6 L1
14、B82412A3220J000 L2 B82412A3220J000 L3 B82412A3220J000 L4 B82412A3220J000 D1 8EWS12S D2 8EWS12S D3 8EWS12S D4 8EWS12S + 2 8 v 图2-3 步进电机驱动电路 图 2-3为步进电机驱动电路，其中 4、5、12、13脚为接地引脚， 1、3、6、8脚为输出引脚，电动机各相的的接线如图，14 脚是控制电机的转向， 其中低电平为正转，高电平为反转；11脚是步进脉冲的输入端，9、10脚决定 工作方式，其真值表如表 2-1所示：数理与信息工程学院单片机原理与应用期末学期课程设计 8 表2-
15、1 9、10脚真值表 工作方式 9脚 10脚 双四拍 0 0 八拍 0 1 单四拍 1 0禁止1 1 2.4 LED显示电路 由于系统显示的内容比较简单，显示量不多，所以显示选用数码管既方便 又经济。LED有共阴极和共阳极两种。如图2-4所示。符号和引脚 共阴极 共阳极 图2-4 LED数码管结构原理图 二极管的阴极连接在一起，通常此共阴极接地，而共阳极则将二极管的阳 极连接在一起，接入+5V 的电压。一位显示器由 8个发光二极管组成，其中 7 个发光二极管。当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔画即亮； 不加电压即暗。为了保护各段 LED 不被损坏，需外加限流电阻。 数码管显示器有两种工作方式，即静态
