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1、 哈尔滨理工大学单片机课程设计说明书题 目：单片机控制二维步进电机 班 级：机械04-7 学 号：3号 姓 名： 指导老师： 2008年1月14日 目 录 任务设计书2一、 系统运行原理3二、 控制电路3三、 软件设计5四、 参考文献11 单片机原理及应用课程设计任务书一、 设计题目：二维步进电机控制 本设计要求实现二维步进电机的自动控制。1、 功能：系统中横向、纵向各一台电机，均采用四相步进电机，电机运用双四拍运行方式。其驱动代码如下表所示。倒序输出，则电机反转。 （注：“1”代表绕组通电，“0”代表绕组断电。） 单片机接收控制命令，从而产生运行脉冲，驱动二维步进电机正转、反转和停止等。2、
2、 指标：电机转速为12/S，相应的驱动代码的频率为400Hz。二、 设计目的：掌握80C51单片机应用系统的软、硬件设计方法三、 设计要求：1 设计80C51单片机控制系统的硬件原理图，使其完成题目所规定的功能要求。2 完成各主要部分的程序框图。3 用汇编语言编写各部分的程序。4 统一用B5号纸装订成册装入档案袋，而后答辩。一、 系统运行原理 二维步进电机控制系统的工作原理框图如下： IPC（工业控制计算机）是二维步进电机控制系统的主机，负责从键盘接收外部命令，通过串行口发送到单片机，然后接收单片机回送的相同数据进行比较。如相同，表明单片机正确接收命令；如不相同，则在屏幕上显示出错信息。IPC
3、在控制结束后，可做其它处理工作。 通信接口电路实现IPC串行口信号与单片机TTL信号之间的转换，实现IPC与单片机之间的正常通信。 单片机负责接收来自IPC的命令，并将其转换成控制脉冲信号，从并行口输出，去控制步进电机的运行；在脱离IPC控制时，还要保证系统能按一定程序自动运行。 功率放大电路是将单片机并行口输出的控制脉冲信号进行电流和电压放大，驱动步进电机，使步进电机随着不同的控制脉冲信号作正转、反转和停止等。 步进电机是执行动作的设备，当脉冲按一定顺序输入步进电机各个相时，它就能实现不同的运动状态，从而带动固定在其上的其它设备做相应运动。二、 控制电路（电路原理图如下）1、 单片机单片机常
4、采用的80C51，片内含4KB的ROM，由P1口输出控制脉冲信号，分两路控制步进电机的一维。RXD（P3.0）为串行输入线，TXD（P3.1）为串行输出线。P3.2P3.5设置为行程保护开关，作为二维步进电机正、反向最大行程的保护。晶振选用12MHz。80C51以中断方式执行IPC的命令。2、 与IPC的接口电路IPC机与单片机通过串行口进行通信。由于IPC配置的是标准的RS232串行接口，而单片机的输入、输出的是TTL电平，因此必须进行电平转换。由MC1488将TTL电平转换为RS-232的标准电平，工作电压为12V/-12V；MC1489则将RS-232的标准电平转换成TTL电平，工作电压
5、为+5V。3、 功率放大电路功率放大电路中采用74HC05 N1、N2将单片机P1口，P2口输出的脉冲控制信号进行增强驱动能力，并经三极管去控制光电隔离器。信号经光电隔离之后，再经DK63功率管放大、驱动步进电机的各个相。4、 步进电机系统中采用四相步进电机，电机运行双四拍运行方式。其中与P1.0P1.3对应的是横向步进电机的四个相（A1D1），与P2.0P2.3对应的是纵向步进电机的四个相（A2D2）。工作电压为+27V。驱动代码如下表所示。倒序输出，电机反向运转。步进电机的运行速度由P1口输出的控制脉冲频率决定，步进电机的速度为12/S，则对应的P1口输出驱动代码的频率为400Hz。系统启
6、动之后，单片机执行主程序，自动控制二维步进电机按预定速度运行，其电压波形如下： 当需要改变运动状态时，由IPC从键盘接收命令，传给单片机，单片机中断主程序的执行，接收IPC的命令，实时控制步进电机按命令的要求运动。命令执行结束后，重新返回主程序继续执行。三、 软件设计由设计过程知，80C51的串行口工作方式0，允许接收，SCON值为00H，定时器T0工作于方式0，TMOD值为00H，时间常数为TH0=0C8H，TL0=1EH。R0：用于存放横向电机正转驱动代码；R1：用于存放横向电机反转驱动代码； R3：用于存放纵向电机正转驱动代码； R4：用于存放纵向电机反转驱动代码； R2：用于存放串行口
7、输入内容； 程序框图如下：开 始串行口初始化定时器T0初始化启动定时器T0开中断自动控制子程序 关 中 断清RI 标志接受IPC数据开中断 处理数据返 回开 始 图 主程序 图 串行中断服务程序 下表为电机运行情况： 程序为： ； 中断入口程序 ； ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP XTING ORG 0013H LJMP YTING ORG 000BH LJMP INQP ORG 0023H LJMP JS； 主程序 ； START： CLR EA MOV IP，#15H MOV SCON，#00H ；串行口方式 CLR ET0 SETB REN SET
8、B ES SETB EA WAIT： JB RI，JS ；等待串行口数据 AJMP WAIT MAIN： SETB IT0 SETB IT1 SETB EX0 SETB ET1 MOV R3，#0CCH MOV R4，#0CCH MOV R0，#0CCH MOV R1，#0CCH MOV TMOD，#00H MOV TH0，#0C8H MOV TL0，#1EH SETB ET0 SETB TR0 SETB EA AJMP $ ； T0 中断程序 ； INQP: MOV TH0，#0C8H MOV TL0，#1EH Z0: CJNE R2，#00H,Z1 MOV P1，#00H LCALL YZ
9、HENG MOV P2，A Z1: CJNE R2，#01H,Z2 MOV P1，#00H LCALL YFAN MOV P2，A Z2: CJNE R2，#02H,Z3 LCALL XZHENG MOV P1，A LCALL YZHENG MOV P2，A Z3: CJNE R2，#03H,Z4 LCALL XZHENG MOV P1，A LCALL YFAN MOV P2，A Z4: CJNE R2，#04H,Z5 LCALL XZHENG MOV P1，A MOV P2，#00H Z5: CJNE R2，#05H,Z6 LCALL XFAN MOV P1，A MOV P2，#00H Z6: CJNE R2，#06H,Z7 LCALL XFAN
