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1、目 录 1引言.1 2四项步进电机.1 2.1 步进电机 1 2.2 步进电机的控制 1 2.3 步进电机的工作过程 2 3电路图设计.3 3.1 AT89S52 概述.3 3.2 最小系统 3 3.3 复位电路 4 3.4 拨码电路 4 3.5 电机驱动电路 5 4程序设计.5 4.1 主程序框图 5 4.2 步进电机速度控制程序框图 6 4.3 拨码开关输入程序框图 8 5总结与体会.9 附录（程序清单） 10 参考文献 19 1 1引言引言 本实验旨在通过控制 AT89S52 芯片，实现对四相步进电机的转动控制。具体功能 主要是控制电机正转、反转、加速与减速。 具体工作过程是：给试验箱上
2、电后，拨动启动开关，步进电机按照预先设置的转 速和转动方式转动。调整正反转按钮，步进电机实现正反转切换；拨动加速开关，步 进电机转速加快，速度达到最大值，不再加速；拨动减速开关时，电机减速转动，速 度减到最小速度，停止减速。 实验具体用到的仪器：AT89S52(试验箱上为 89C58)芯片、拨码开关单元、四项步 进电机等硬件设备。 实验具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、拨码开关连接电路。 2 2四项步进电机四项步进电机 2.12.1 步进电机步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。电机的转速、停止的位置只 取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给
3、电机加一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。 2.22.2 步进电机的控制步进电机的控制 1.换相顺序控制： 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：混合式步进电机的工 作方式，其各相通电顺序为 A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A,B,C，D 相的通断。 2.控制步进电机的转向控制： 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转， 如果按反序通电换相，则电机就反转。 3.控制步进电机的速度控制：如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再 发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。 2.32.3 步进电机的工作过程步进电机的工作过程 图 2.1 四相
4、步进电机步进示意图 开关 SB 接通电源，SA、SC、SD 断开，B 相磁极和转子 0、3 号齿对齐，同时，转 子的 1、4 号齿就和 C、D 相绕组磁极产生错齿，2、5 号齿就和 D、A 相绕组磁极产生错 齿。当开关 SC 接通电源，SB、SA、SD 断开时，由于 C 相绕组的磁力线和 1、4 号齿之 间磁力线的作用，使转子转动，1、4 号齿和 C 相绕组的磁极对齐。而 0、3 号齿和 A、B 相绕组产生错齿，2、5 号齿就和 A、D 相绕组磁极产生错齿。依次类推， A、B、C、D 四相绕组轮流供电，则转子会沿着 A、B、C、D 方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四
5、拍、八拍三种工作方式。 单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单 四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控 制精度。 双四拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 3 所示： 图 2.2 步进电机工作时序波形图 对步进电机四个绕组依次实现如下方式的循环通电控制： 双四拍运行：正转 AB-BC-CD-DA；反转 DC-CB-BA-AD 3 3电路图设计电路图设计 3.13.1 AT89S52AT89S52 概述概述 AT89S52 单片机是 ATMEL 公司推出的高档型 AT89S 系列单片机中的增强型产品。关 于其功能原理及其应
6、用不再赘述。这里只介绍本实验用到的端口和功能。 P1 口：用户使用的通用 I/O 口，8 位准双向，编程和校验时，可做为高 8 位地址 线；P1.0 和 P1.1 引脚另有第二功能（此实验没用到，不再介绍） P3 口：8 位准双向 I/O 口 RST:复位信号输入端，高电平有效 EA：访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号 XTAL1,XTAL2:芯片内振荡器反相放大器的输出端和输入端 3.23.2 最小系统最小系统 单片机最小系统或者称为最小应用系统，就是用最少的元件组成的单片机可以工 作的系统，对 52 系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、复位电路、晶振 电路。 图 3.1
7、最小系统 3.33.3 复位电路复位电路 复位电路采用手动复位和上电自动复位。 上电自动复位：在单片机上电的瞬间，RC 电路充电，由于电容上电电压不能突变， 所以 RST 引脚出现高电平，RST 引脚出现的高电平将会随着对电容 C 的充电过程而逐渐 回落。 手动复位：当按下复位按钮时，RST 出现高电平，实现复位。 图 3.2 复位电路 3.43.4 拨码电路拨码电路 拨码开关和 P3 口相连，拨动开关 sw1、sw2、sw3、sw4 来控制电机的启停、正反 转、速度的加减。 图 3.3 拨码电路 3.53.5 电机驱动电路电机驱动电路 将步进电机的 A、B、C、D 分别接到 P1.0、P1.
8、1、P1.2、P1.3 管脚上 图 3.4 电机驱动电路 实物连接： 图 3.5 实物连接 4 4程序设计程序设计 4.14.1 主程序框图主程序框图 系统分为电机转动、电机正转、电机反转、电机加速、电机减速和电机停止这几 个部分组成，其主程序框图如图下所示： 图 4.1 主程序框图 4.24.2 步进电机速度控制程序框图步进电机速度控制程序框图 正转部分: 送 P1 口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机正转，数值分别 为 0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9。流程图如下： 开始 延时 有外部中断? 使用 up_date 等待 开始 初始化定义引
9、脚数据等 调用定时器函数程序 声明定义延时函数 响应中断 声明定义定时器初始化函数 声明定义按键处理函数 调用按键子程序 等待 电机运转与停止 电机加速 电机减速 电机正转与反转 图 4.2 电机正转流程图 反转部分:送 P1 口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机反转，数值分别 为 0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8。流程图如下： : 图 4.3 电机反转流程图 加速部分:当电机处于正转或反转的时候，按下 K2，调用加速程序，是电机每转动 一部的延时时间变短，从而实现电机的加速。 图 4.4 电机加速流程图 减速部分:当电机处于正转或反转的时候
10、，按下 K3，调用加速程序，是电机每转动 一部的延时时间变长，从而实现电机的减速。 开始 延时 有外部中断? 速度增加 等待 开始 延时 有外部中断? down_date 等待 图 4.5 电机减速流程图 运行与停止:按下 K1 键，系统默认是停止，拨动一次是运行，在拨动一次是停止， 即是基数次运行，偶数次停止（一般不会拨动 N 次，为了看到现象，就拨动少数几次） 图 4.6 电机开关流程图 4.34.3 拨码开关输入程序框图拨码开关输入程序框图 用于判断 P3.1、P3.2、P3.3、P3.4 开始 延时 有外部中断? 奇数次运行偶 数次停止 等待 开始 延时 有外部中断? 速度减小 等待
11、图 4.7 拨码开关输入程序框图 5 5总结与体会总结与体会 通过这次设计实践。我学会了四相双四拍步进电机的工作原理，对计算机控制技 术的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我的工程 素质，在没有做课程设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重 视，当我们把自己想出来的程序用到课程设计中的时候，问题出现了，不是不能运行， 就是运行的结果和要求的结果不相符合。通过解决一个个在调试中出现的问题，我对 计算机控制技术的理解得到加强，看到了实践与理论的差距，深刻体会到这门课程与 P3.1 ？ 运行或停止 电机加速 电机减速 电机正转或反转 P3.1 ？ P3.1
12、 ？ P3.1 ？ 实际生活的紧密联系。 附录（程序清单）附录（程序清单） 源程序如下： STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?) STACK1 ENDS DATA SEGMENT K EQU 09H ;工作步数 TABSHZ DB 03H,06H,0CH,09H ;双四拍正转模型 TABSHF DB 09H,0CH,06H,03H ;双四拍反转模型 TABLE1 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;七段数码管字模 DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:S
13、TACK1 START:MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AL,80H ;初始化 8255，工作方式 0，A,、B、C 口均为输出 MOV DX,MY8255_MODE OUT DX,AL WAIT1: MOV AH,08H ;等待启动键“0”按下 INT 21H CMP AL,30H JE MAIN JMP WAIT1 MAIN: MOV AH,08H ;判断工作方式控制键是否按下 INT 21H ;若键按下转到相应的程序，否则循环等待. CMP AL,33H JE SHUANGSI ;转双四拍正转 CMP AL,34H JE SHUANGSI1;转双四拍反转 CMP AL
14、,35H JE QUIT1 JMP MAIN ;单四拍正转 ZHENGSI: MOV AL,02H ;点亮正转指示灯 MOV DX,MY8255_C OUT DX,AL MOV CL,K ZHENGSI0: LEA BX,TABLE1 ;数码管显示剩余步数 MOV AL,CL XLAT MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL ZHENGSI1: MOV BL,04H ;驱动电机 MOV DX,MY8255_B LEA DI,TABSZ ZHENGSI2: MOV AH,0BH ;判断是否有按键切换工作方式 INT 21H ;有按键跳回判断按键对应程序，否则继续执行程序 INC AL
15、 JZ MAIN CALL XIAN ;调用显示子程序，显示工作剩余拍数 MOV AL,DI OUT DX,AL CALL DLY ;调用延时子程序 INC DI DEC BL ;判断是否工作完所有拍数，有则退出等待重选工作方式，否则继续循环 JNZ ZHENGSI2 DEC CL JNZ ZHENGSI0 JMP WAIT1 ;中间跳转 SHUANGSI:JMP SHSIZH SHUANGSI1:JMP SHSIF ;双四拍正转 SHSIZH: MOV AL,02H MOV DX,MY8255_C OUT DX,AL MOV CL,K SHSIZH0: LEA BX,TABLE1 MOV A
16、L,CL XLAT MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL SHSIZH1: MOV BL,08H MOV DX,MY8255_B LEA DI,TABSHZ SHSIZH2: MOV AH,0BH INT 21H INC AL JZ MAIN1 CALL XIAN MOV AL,DI OUT DX,AL CALL DLY INC DI DEC BL JNZ SHSIZH2 DEC CL JNZ SIBAZH0 JMP WAIT1 ;中间跳转程序 WAIT00:JMP WAIT1 ;双四拍反转 SHSIF: MOV AL,01H MOV DX,MY8255_C OUT DX,AL MOV CL,K SHSIF0: LEA BX,TABLE1 MOV AL,CL XLAT MOV DX,MY8255_A OUT DX,AL SHSIF1:
