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1、单片机原理与应用课程设计单片机原理与应用课程设计【项目名称项目名称】 基于基于 AT89S52 单片机控制的步进电机单片机控制的步进电机【指导教师指导教师】 XXX【班级班级】 XXX【学号学号】 XXX【姓名姓名】 XXX目录目录一、项目概述4二、项目要求4三、知识要点6（一）AT89C52 的资料8（二）ULN2003 资料13四、系统设计17（一）系统框图设计.17（二）说明.17五、硬件设计18(一) 电路原理图181、按键功能20 2、驱动电路20（二）元件清单.23六、软件设计24（一）程序流程图.24（二）源程序.26（三）系统仿真及调试.361、硬件调试37 2、软件调试37七
2、、总结38（一）遇到的问题及其解决方法381、硬件部分38 2、软件部分39（二）功能扩展.411、已经实现的扩展功能41 2、暂未实现的扩展功能预想42一、项目概述一、项目概述步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种能把输出机械位移增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。步进电机具有快速启动、停止的能力，精度高，控制方便，因此，在工业上得到广泛应用。二、项目要求二、项目要求基于 AT89C52 单片机的控制步进电机正反转，具体要求如下：1、开始通电时，停止位指示灯亮，步进电机停止工作。2、单片机分别接有按键开关 K1、K2、K3、K4、K5 用来控制步进电机的转动，具
3、体要求如下：（1）K1 为正转按钮。当按下 K1 时，步进电机正转，同时正转指示灯亮。（2）K2 为反转按钮。当按下 K2 时，步进电机反转，正转指示灯熄灭，同时反转指示灯亮。（3）K4 为加速按钮。当步进电机处于正转或反转状态时，每按下一次加速按钮，步进电机将正转或反转 加速一次，最高加速四次，达到最大速度后再按加速按钮步进电机的状态不再变化。（4）K5 为减速按钮。当步进电机处于正转或反转状态时，每按下一次减速按钮，步进电机将正转或反转减速一次，最高减速四次，减到最小速度后再按减速按钮步进电机的状态不再变化。（5）K3 为步进电机停止按钮。当按下 K3 时，步进电机将停止转动。3、一位数码
4、管用来显示步进电机当前速度的档位。当步进电机开始转动或按下加速减速按钮开关后数码管都会显示相应数字，数码管显示的数字表示步进电机当前工作档位。4、正传采用 1 相激磁方式，反转采用 12 相激磁方式。三、知识要点三、知识要点通过学习和查阅资料，本项目需要掌握如下知识：1、+5 电源原理设计，USB 供电接口的连接。2、单片机复位电路工作原理及设计。3、按键电路的设计。4、光隔离电路、驱动电路的原理及设计。5、步进电机工作原理及控制设计。6、AT89C52 单片机引脚。7、单片机控制步进电机 C 语言程序设计。（一）（一）AT89C52 的资料的资料引脚说明：引脚说明：VCCVCC：供电电压。G
5、NDGND：接地。P0P0 口口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。P1P1 口口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 F
6、LASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2P2 口口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3P
7、3 口口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口作为 AT89C51 的一些特殊功能口， 管脚备选功能：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（记时器 0 外部输入）P3.5 T1（记时器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）RS
8、T：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，
9、置位无效。PSENPSEN： 外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。EAEA / / VPPVPP： 当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。XTAL1XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2XTAL2：来自反向振荡器的输
10、出。（二）（二）ULN2003 资料资料ULN2003ULN2003 的内部结构和功能的内部结构和功能 ：ULN 是集成达林顿管 IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列 16脚封装,NPN 晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于 TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。 ULN 是集成达林顿管 IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为 200mA，饱和压降 VCE 约 1V 左右，耐压 BVCEO 约为 36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱
11、动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动 ULN2003 时，上拉 2K 的电阻较为合适，同时，COM 引脚应该悬空或接电源。ULN2003 是一个非门电路，包含 7 个单元，但独每个单元驱动电流最大可达 350mA.资料的最后有引用电路，9 脚可以悬空。 比如 1 脚输入，16 脚输出，你的负载接在 VCC 与 16 脚之间，不用 9 脚。 ULN2003 的作用：ULN2003 是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。 输入 5VTTL 电平，输出可达 500mA/50V。ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈
12、列,由七个硅 NPN 达林顿管组成。 该电路的特点如下: ULN2003 的每一对达林顿都串联一个 2.7K 的基极电阻,在 5V 的工作电压下它能与 TTL 和 CMOS 电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。 ULN2003 是高耐压、大电流、内部由七个硅 NPN 达林顿管组成的驱动芯片。 经常在以下电路中使用，作为： 1、显示驱动2、继电器驱动3、照明灯驱动4、电磁阀驱动5、伺服电机、步进电机驱动等电路中。ULN2003 的每
13、一对达林顿都串联一个 2.7K 的基极电阻,在 5V 的工作电压下它能与 TTL 和 CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来 处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达 500mA，并且能够在关态时承受 50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003 的封装采用 DIP16 或 SOP16 ULN2003 在各种控制电路中常用它作为驱动继电器的芯片，其芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003 的输出端允许通过 IC 电流 200mA，饱和压降 VCE 约 1V 左右，耐压 BVCEO 约为 36V。输出电流大，故可以直接驱
14、动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。四、系统设计四、系统设计（一）系统框图设计（一）系统框图设计AT89C52 单片机按键电路复位电路晶振电路电源电路驱动电路步进电机图 4-1基于 AT89C52 单片机的控制步进电机的控制框架（二）说明（二）说明 根据系统要求画出基于 AT89C52 单片机的控制步进电机的控制框架如图 4-1 所示。系统主要包括单片机、晶振电路，电源电路、按键电路、步进电机及驱动电路几部分。五、硬件设计五、硬件设计(一一) 电路原理图电路原理图根据图 4-1，可以设计出单片机控制步进电机的硬件电路图，如 4-2 所示。其他各部分器件及功能如下
15、：XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2
16、.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C52X1 CRYSTALC130pFC230pFR110kGNDC3 10uFVCCGNDVCC1B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10COM9U2ULN2003A+88.8VCC正正转转反反转转停停止止加加速速减减速速R2 10kR3 10kR4 10k2 3 4 5 6 7 81RP1 RESPACK-7 1kx7D1LED-GREENR51kD2LED-GREENR61kR71kD3LED-GREEN1、按键功能、按键功能单片机分别接有按键开关 K1、K2、K3、K4、K5 用来控制步进电机的转动，具体要求如下：（1）K1 为正转按钮。当按下 K1 时，步进电机正转，同时正转指示灯亮。（2）K2 为反转按钮。当按下 K2 时，步进电机反转，正转指示灯熄灭，同时反转指示灯亮。（3）K4 为加速按钮。当步进电机处于正转或反转状态时，每按下一次加速按钮，步进电机将正转或反转 加速一次，最高加速四次，达到最大
