基于单片机的步进电机控制系统设计_毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的步进电机控制系统设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

联电路。 图 23表明了一个电感一电阻电路的电气特性。 在 t=0 时刻，电压 V 施加到该电路上时，电路中的电流变化规律为 : I(t)=V(1eRt/L)/R 通电瞬间绕组电流上升速率为 : di(0)/dt=V/t 经过一段时间，电流达到最大值 : Imax=V/R L/R 定义为该电路的时间常数，是电路中的电流达到最大电流 Imax的 63%所需要的时间。 在 t=t:时刻，电路断开与直流电压源 V的连接，并且短路，电路中的电流以初始速率一 V/L 开始下降，电流变化规律为 : I(t)=VeR(tt1)/L/R 不同频率的矩形波电压施加到该电路上，电流波形如图 32所示。 低频时电流能够达到最大值 (a)。 当矩形波频率上升达到某一临界频率，电流刚达到最大值就开始下降 (b)；矩形波频率超过此临界值后，绕组中的电流不能达到最大值 (c)。 因为步进电机转矩的大小与绕组的电流成正比，所以电机低速运行时，电机能够达到其额定转矩，而在某一特定频率以上运行时，绕组电流随着频率的提高逐渐下降，电机转矩也相应逐渐减小，从而降低了高速运转时带负载能力。 图 4 不同频率脉冲作用下电感 电阻电路的电流波形 临沂大学 8 要改善电机高速运行时的性能，有两种办法 :提 高电流上升速度 VA 和减小时间常数 L/R。 可以通过加大绕组的电压从而增加电流上升的速率得时间常数。 或者在电路中串联电阻，使 L/R 减少。 单片机原理 单片机原理概述 单片机（ singlechip microputer）是把微型计算机主要部分都集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。 图 25中表示单片机的典型结构图。 由于单片机的高度集成化，缩短了系统内的信号传送距离，优化了结构配置，大大地提高了系统的可靠性及运行速度，同时它的指令系统又很适合于工业控制的要求，所以单片机在工业过程及设备控 制中得到了广泛的应用。 图 5典型单片机结构图 单片机的应用系统 单片机在进行实时控制和实时数据处理时，需要与外界交换信息。 人们需要通过人机对话，了解系统的工作情况和进行控制。 单片机芯片与其它 CPU 比较，功能虽然要强得多，但由于芯片结构、引脚数目的限制，片内 ROM、 RAM、 I/O 口等不能很多，在构成实际的应用系统时需要加以扩展，以适应不同的工作情况。 单片机应用系统的构成基本上如图 6 所示。 图 6 单片机的应用系统 单片机应 用系统根据系统扩展和系统配置的状况，可以分为最小应用系统、最小功耗系统、典型应用系统。 本设计是设计一款最小应用系统，最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配置的系统。 这种系统成本低廉、结构简单，常用来构成简单的控制临沂大学 9 系统，如开关量的输入 /输出控制、时序控制等。 对于片内有 ROM/EPROM 的芯片来说 ,最小应用系统即为配有晶体振荡器、复位电路和电源的单个芯片；对与片内没有 ROM/EPROM芯片来说，其最小应用系统除了应配置上述的晶振、复位电路和电源外，还应配备 EPROM或 EEPROM 作为程序存储器使用。 AT89C51 简介 AT89C51 的主要参数 如表 1 所示： 表 1 AT89C51 的主要参数 型号 存储器 定时器 I/0 串行口 中断 速度 （ MH） 其它特点 E178。 PROM ROM RAM 89C51 4K 128 2 32 1 6 24 低电压 AT89C51 含 E178。 PROM 电可编闪速存储器。 有两级或三级程序存储器保密系统，防止E178。 PROM 中的程序被非法复制。 不用紫外线擦除，提高了编程效率。 程序存储器 E178。 PROM容量可达 20K 字节。 AT89C51 是一种带 4K字节闪烁可编程可擦除只 读存储器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 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MCS51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，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 其引脚如图 27所示。 主要特性： 与 MCS51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 图 7 单片机的引脚排列 临沂大学 10 全静态工作： 0Hz24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 5 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0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。 P1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 FLASH 编程和校验时， P1口作为第八位地址接收。 P2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。 P3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口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： P3口管脚备选功能 RXD（串行输入口） 临沂大学 11 TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：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，置位无效。 /PSEN：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。 /EA/VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），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）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 I/O 口引脚： a： P0 口，双向 8位三态 I/O 口，此口为地址总线（低 8位）及数据总线分时复用； b： P1 口， 8位准双向 I/O 口； c： P2 口， 8位准双向 I/O 口，与地址总线（高 8位）复用； d： P3口， 8位准双向 I/O 口，双功能复用口。 振荡器特性： XTAL1 和 XTAL2 分别为反向放大器的输入和输出。 该反向放大器可以配置为片内振荡器。 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 如采用外部时钟源驱动器件， XTAL2 应不接。 临沂大学 12 有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 芯片擦除： 整个 EPROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持 ALE管脚处于低电平 10ms 来完成。 在芯片擦操作中，代码阵列全被写 “1” 且在任 何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外， AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。 在闲置模式下， CPU。