基于51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 源程序

ID:828041 · 發(fā)表于 2022-3-8 15:15

本設(shè)計(jì)介紹了一種基于51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)采用STC89C51單片機(jī)為主控芯片，步進(jìn)電機(jī)由ULN2003A驅(qū)動(dòng)跟單片機(jī)相連接，LCD顯示屏實(shí)時(shí)顯示步進(jìn)電機(jī)信息。步進(jìn)電機(jī)采用八拍運(yùn)行方式，由單片機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的通電順序，從而達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。開(kāi)啟后，通過(guò)矩陣鍵盤(pán)向單片機(jī)輸入脈沖控制信號(hào)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、加減速、角度設(shè)置，最終基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

利用單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)用鍵盤(pán)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，包括設(shè)定步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的角度，方向及速度，并顯示其信息。

主控模塊使用STC89C51單片機(jī)來(lái)作為控制芯片。

輸入模塊的選擇中，考慮到需要設(shè)置步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)角度和其他的功能以及單片機(jī)接口的限制，獨(dú)立鍵盤(pán)的按鍵數(shù)量不能滿足要求，所以本設(shè)計(jì)中采用4×4矩陣鍵盤(pán)；只需占用一個(gè)I/O口，就可以提供16個(gè)按鍵。

顯示模塊的選擇，有LED和LCD兩種顯示方式可供選擇，但考慮到需要顯示的內(nèi)容較多，LED顯示需要許多的LED數(shù)碼管；這樣會(huì)占用大量的控制芯片的資源使得顯示模塊的實(shí)現(xiàn)極為復(fù)雜�？紤]到這些因素，本次設(shè)計(jì)中采用LCD的顯示方式，對(duì)比了幾款LCD顯示屏，最終選擇了LCD1602作為顯示模塊。LCD1602可以顯示16×2個(gè)字符，可以滿足設(shè)計(jì)需求。

驅(qū)動(dòng)模塊的選擇，因控制芯片發(fā)出的控制信號(hào)過(guò)于微弱，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)被控單元；所以必須在控制芯片與被控單元之間加入一個(gè)信號(hào)放大模塊，經(jīng)過(guò)幾種信號(hào)放大方式的對(duì)比，最終決定采用最為可靠的ULN2003A作為驅(qū)動(dòng)模塊。ULN2003A具有很高的直流電流增益，可以很好的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

被控單元的選擇，本設(shè)計(jì)采用了常見(jiàn)的28-BYJ-48步進(jìn)電機(jī)。它是一款永磁式、減速型，四相八拍步進(jìn)電機(jī)，有三種工作模式可供選擇。

經(jīng)過(guò)不斷的對(duì)比選擇，最終采用了以下方案完成設(shè)計(jì)；STC89C51單片機(jī)作為主控芯片，4×4矩陣鍵盤(pán)輸入步進(jìn)電機(jī)控制信息，步進(jìn)電機(jī)采用28-BYJ-48步進(jìn)電機(jī)。因單片機(jī)無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)起電機(jī)，所以我們采用ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行信息由最后由LCD1602液晶顯示屏顯示。

單片機(jī)最小系統(tǒng)，也叫做單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的原件組成單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)的三要素就是電源、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路，電源可使用外部穩(wěn)定的5V電源供電模塊供給。

復(fù)位電路分為按鍵復(fù)位和上電復(fù)位。上電復(fù)位通常在復(fù)位引腳RST上連接一個(gè)電容到VCC，再連接一個(gè)電阻到GND，由此形成一個(gè)RC充放電回路保證單片機(jī)在上電時(shí)RST腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，在RST引腳上加兩個(gè)周期的高電平即可使單片機(jī)復(fù)位，隨后回歸到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值為10K和10uF。按鍵復(fù)位就是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)電容被放電、RST也被拉到高電平，而且由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來(lái)使單片機(jī)復(fù)位。

因單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般在15pF至30pF之間。電容的作用是幫助晶振起振，并維持振蕩信號(hào)的穩(wěn)定。

圖3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖

LCD1602是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x2即32個(gè)字符。LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。

LCD1602主要參數(shù)：顯示容量16×2個(gè)字符；芯片工作電4.5—5.5V；工作電流2.0mA，模塊最佳工作電壓5.0V。

與單片機(jī)的連接：D0-D7并行連接單片機(jī)的P0口，作為數(shù)據(jù)傳輸；RS，RW，E分別連接單片機(jī)P2.5，P2.6，P2.7。RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。

3.3 驅(qū)動(dòng)模塊

ULN2003A是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN 復(fù)合晶體管組成，每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K 的基極電阻，在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。ULN2003A 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)。

圖3.3 ULN2003A模塊圖

3.4 矩陣鍵盤(pán)原理及電路圖

矩陣鍵盤(pán)又稱行列鍵盤(pán)，如圖3.4所示，它是用四條I/O線作為行線，四條I/O線作為列線組成的鍵盤(pán)。在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤(pán)上按鍵的個(gè)數(shù)就為4×4個(gè)。使用矩陣鍵盤(pán)時(shí)我們用掃描法識(shí)別按鍵，按鍵按下時(shí)，與此鍵相連的行線與列線導(dǎo)通，行線在無(wú)按鍵按下時(shí)處在高電平。如果

所有的列線都處在高電平，則按鍵按下與否不會(huì)引起行線電平的變化，因此必須使所有列線處在電平。這樣當(dāng)有按鍵按下時(shí)，該鍵所在的行電平才會(huì)由高變低，才能判斷相應(yīng)的行有鍵按下。

圖3.4 矩陣鍵盤(pán)

表3-4矩陣鍵盤(pán)說(shuō)明表

鍵號(hào)	功能
按鍵‘0-9’	對(duì)應(yīng)數(shù)字的輸入
按鍵‘開(kāi)始’	設(shè)置完成按下啟動(dòng)
按鍵‘清零’	輸錯(cuò)可以用來(lái)歸零
按鍵‘方向’	設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)
按鍵‘加速’	加速運(yùn)轉(zhuǎn)
按鍵‘減速’	減速運(yùn)轉(zhuǎn)

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 系統(tǒng)軟件流程圖

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，基于硬件電路條件，整個(gè)程序細(xì)分為若干個(gè)功能模塊來(lái)完成，主要有顯示程序模塊、按鍵程序模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊。

STC89C51單片機(jī)的P1口用來(lái)連接矩陣鍵盤(pán)，P0口與P2口的P2^5、P2^6、P2^6連接LCD602、最后由P3口借助一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003與步進(jìn)電機(jī)連接。單片機(jī)程序中的主函數(shù)完成對(duì)LCD1602顯示屏初始化之后，依次調(diào)用顯示函數(shù)、按鍵查詢函數(shù)、角度設(shè)置函數(shù)。主程序流程圖如圖4.1所示。

4.2 LCD1602顯示流程圖

本設(shè)計(jì)用LCD1602液晶屏作為顯示，主要是將步進(jìn)電機(jī)的角度、速度、方向等信息在LCD1602上面顯示出來(lái)，以便于用戶操作。如圖4.2所示為液晶屏顯示控制子程序流程圖。

測(cè)試結(jié)果及其分析

在模擬仿真階段，本設(shè)計(jì)采用了kile與proteus聯(lián)合仿真調(diào)試，確保所寫(xiě)程序可以實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所需要的功能。經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試和仿真，在仿真環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。隨后，利用開(kāi)發(fā)板搭建了電路，經(jīng)過(guò)測(cè)試ULN2003模塊可以正常驅(qū)動(dòng)電機(jī)；下載程序之后，矩陣鍵盤(pán)可以正常輸入控制信息，LCD1602液晶顯示正常，步進(jìn)電機(jī)按輸入控制信息能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但因步進(jìn)電機(jī)減速比的影響，顯示角度與電機(jī)實(shí)際角度存在誤差。

本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，采用4×4矩陣鍵盤(pán)作為輸入，使用LCD1602顯示信息，如運(yùn)轉(zhuǎn)的角度，方向及速度�？赏ㄟ^(guò)鍵盤(pán)輸入讓步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的角度，方向和運(yùn)轉(zhuǎn)速度。采用了ULN2003驅(qū)動(dòng)模塊，可以很好的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)較為精確的控制。

單片機(jī)源程序如下:

#include<stdio.h>
#include<reg51.h>
#include<lcd1602.h>
#define Motor P3
void SetAngle(uint angle);
uchar keyscan();
uchar code Motortab[]={0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09,0x01};
uchar flag=2;
uint T=5;
void main()
{
static int keyvalue=0;
static int num=0;
Init();
printf("Angle=%5d",0);
while(1)
{
keyvalue=keyscan();
if(keyvalue)
{
if(keyvalue>=0&&keyvalue<=10)
{
if(keyvalue==10)
keyvalue=0;
num=num*10+keyvalue;
SetRowCol(0,0);
printf("Angle=%5d%s",num," ");//角度輸入
}
else if(keyvalue==15)
{
T--;
if(T<1)
T=10;
SetRowCol(1,6);
printf("speed=%2d%s",T," ");
}
else if(keyvalue==16)
{
T++;
if(T>10)
T=0;
SetRowCol(1,6);
printf("speed=%2d%s",T," ");
}
else if(keyvalue==11) //開(kāi)始
{
if(flag==0)
{
SetRowCol(1,0);
printf("STRAT");
SetAngle(-(num)*11.5);
SetRowCol(1,0);
printf("END ");
SetRowCol(1,4);
printf("NAngle=%d%s",-num," ");
num=0;
SetRowCol(0,0);
printf("Angle=%5d%s",num," ");
flag=2;
}
else if(flag==1)
{
SetRowCol(1,0);
printf("STRAT");
SetAngle(num*11.5);
SetRowCol(1,0);
printf("END ");
SetRowCol(1,4);
printf("NAngle=%s%d%s"," ",num," ");
num=0;
SetRowCol(0,0);
printf("Angle=%5d%s",num," ");
flag=2;
}
else
{
SetRowCol(0,0);
printf("Angle=%5d%s",num," ");
flag=2;
}
}
else if(keyvalue==12) //輸入清零
{
num=0;
SetRowCol(0,0);
printf("Angle=%5d%s",num," ");
SetRowCol(1,0);
printf(" ");
}
else if(keyvalue==13) //正反轉(zhuǎn)
{
flag=!flag;
if(flag==0)
{
SetRowCol(0,0);
printf("Angle=%5d%s",num," FZ");
}
else if(flag==1)
{
SetRowCol(0,0);
printf("Angle=%5d%s",num," ZZ");
}
}
else if(keyvalue==14)//點(diǎn)動(dòng)
{
if(flag==0)
{
num--;
SetRowCol(0,0);
printf("Angle=%5d%s",num," FZ");
SetAngle(num*11.5);
}
else if(flag==1)
{
num++;
SetRowCol(0,0);
printf("Angle=%5d%s",num," ZZ");
SetAngle(num*11.5);
}
}
}
}
}
void SetAngle(uint angle)
{
static uint FirAngle=0;
static uint i=0;
int d;
uint j;
d=angle-FirAngle;
if(d>0)
{
for(j=0;j<d;j++)
{
i++;
i=(i&0x0007);
Motor=Motortab[i];
delay(T);
}
FirAngle=angle;
}
else
{
for(j=0;j<-d;j++)
{
i--;
i=i&0x0007;
Motor=Motortab[i];
delay(T);
}
FirAngle=angle;
}
}

復(fù)制代碼

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基于51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng).docx (391.54 KB, 下載次數(shù): 48)

ID:97678 · 發(fā)表于 2022-3-9 21:23

Rebuild started: Project: Calendar
Rebuild target 'Target 1'
compiling Cal.c...
C51 FATAL-ERROR -
  ACTION:  PARSING SOURCE-FILE
  ERROR: PREPROCESSOR: MACROS TOO NESTED
C51 TERMINATED.
Target not created.
Build Time Elapsed:  00:00:00
編譯不能通過(guò)，怎么辦？

ID:828041 · 發(fā)表于 2022-3-12 13:27

jovew 發(fā)表于 2022-3-9 21:23
Rebuild started: Project: Calendar
Rebuild target 'Target 1'
compiling Cal.c...

每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序看一下是否添加對(duì)

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基于51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 源程序

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