單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-- 簡(jiǎn)易直流電壓表的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p><b>　　資 料 袋</b></p><p>　　題 目 簡(jiǎn)易直流電壓表的設(shè)計(jì) </p><p>　　成 績(jī) 起止日期 2012 年 12 月 31 日～ 2013 年

2、1 月 11 日</p><p>　　目 錄 清 單</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　2012 — 2013 學(xué)年第 1 學(xué)期</p><p>　　課程名稱： 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)

3、 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制器 </p><p>　　完成期限：自 2012 年 12 月 31 日至 2013 年 1 月 11 日共 2 周</p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 （簽字）： 年 月

4、 日</p><p>　　系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日</p><p><b>　?。▎纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)）</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　　起止日期： 2012 年 12 月

5、31 日 至 2013 年 1 月 11 日</p><p><b>　　電氣與信息工程學(xué)院</b></p><p>　　2013年 1 月 11 日</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　試題 設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制器。已知三相步進(jìn)電機(jī)以三相6拍方式工

6、作，A、B、C分別由P1.2、P1.1、P1.0控制，正轉(zhuǎn)時(shí)狀態(tài)是：A→AB→B→BC→C→CA→A（100→110→010→011→001→101→100）。開關(guān)SA斷開時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，每步定時(shí)1mS，對(duì)應(yīng)速度167轉(zhuǎn)/分；開關(guān)SA閉合時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，每步定時(shí)2mS，對(duì)應(yīng)速度83轉(zhuǎn)/分。步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)速度（167轉(zhuǎn)/分）或反轉(zhuǎn)速度（－83轉(zhuǎn)/分）要求顯示在LED數(shù)碼管上。</p><p>　　注：要求首先采用

7、PROTEUS完成單片機(jī)最小系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)及仿真；程序仿真測(cè)試通過(guò)后，再下載到單片機(jī)實(shí)訓(xùn)板上執(zhí)行。</p><p>　　二、單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件資源介紹：</p><p><b>　　89C51單片機(jī)；</b></p><p><b>　　4位共陽(yáng)極數(shù)碼管；</b></p><p>　　2路獨(dú)立式

8、開關(guān)按鍵；</p><p><b>　　外部晶振電路；</b></p><p>　　3個(gè)LED發(fā)光二極管</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)方案：</b></p><p>　　根據(jù)要求整個(gè)設(shè)計(jì)大體可分為四塊：</p><p>　　一是2個(gè)按鍵K0,K1,將用戶所需來(lái)選擇步進(jìn)

9、電機(jī)的工作狀態(tài)。我們將開關(guān)連入單片機(jī)的P1口，通過(guò)按鍵開關(guān)的高低電平狀態(tài)來(lái)讀入我們所需的控制信號(hào)。硬件上直接把開關(guān)分別接在單片機(jī)的接口上，通過(guò)查詢端口信號(hào)來(lái)動(dòng)作，將控制信號(hào)處理。在設(shè)計(jì)開關(guān)部分時(shí)，還考慮到機(jī)械抖動(dòng)的影響，采取硬件方式—并聯(lián)電容來(lái)去抖。</p><p>　　二是3個(gè)LED發(fā)光二極管的顯示步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)模塊。在設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)是黃燈亮，反轉(zhuǎn)是紅燈亮，停止不轉(zhuǎn)是綠燈亮。設(shè)計(jì)中將3個(gè)發(fā)光二極管分別接到

10、單片機(jī)P3口，受到單片機(jī)的輸出信號(hào)控制。</p><p>　　三是步進(jìn)電機(jī)的工作模塊。要想步進(jìn)電機(jī)按照我們想要的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，將步進(jìn)電機(jī)一端接到+12V的電源，一端接到單片機(jī)P3口，受單片機(jī)的輸出信號(hào)控制。</p><p>　　四是4位數(shù)碼管顯示步數(shù)的模塊。設(shè)計(jì)中主要是利用軟件編程的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)步數(shù)的累計(jì)和顯示，同樣，4位數(shù)碼管接到單片機(jī)的P0口和P2口受單片機(jī)輸出信號(hào)的控制，在硬件上使用的是動(dòng)

11、態(tài)顯示的接法。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)思路與原理</b></p><p>　　此系統(tǒng)主要由單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、速度顯示模塊、工作狀態(tài)控制與顯示模塊組成。整體框圖如圖1。</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)整體框圖</b></p><p>　　1、步進(jìn)電機(jī)的工作原理</p>

12、<p>　　步進(jìn)電機(jī)通過(guò)輸入脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖總數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路是根據(jù)單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)進(jìn)行工作。因此，單片機(jī)通過(guò)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送控制信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。</p><p>　　如圖2所示，U1、V1、W1接電源，分別有三個(gè)開關(guān)控制，U2、V2、W2分別接地。</p><p>　　如果給處于

13、錯(cuò)齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導(dǎo)率最大（即最小磁阻位置）位置轉(zhuǎn)動(dòng)，即向趨于對(duì)齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　圖2 步進(jìn)電機(jī)工作原理圖</p><p>　　2、步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂?lt;/p><p>　　步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感 ,即振動(dòng)感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑 ,減小振動(dòng) ,可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波 ,可以

14、減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角 ,提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí) ,為了防止因慣性而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑 ,則需采用合適的鎖定波形 ,產(chǎn)生鎖定磁力矩 ,鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸 ,使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　3、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制</p><p>　　如果給定工作方式正序換相通電 ,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。若步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為三相六拍 ,即 A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通電

15、換相 ,即則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。在這種工作方式下,繞組以A—AB—B—BC—C—CA—A時(shí)序(或反時(shí)序)轉(zhuǎn)換6次,磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子前進(jìn)一個(gè)齒距,每次切換均使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)1. 5°,故這種通電方式稱為三相六柏工作方式。其步距角為：</p><p>　　表1 六拍的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　4、步數(shù)顯示模塊原理</p><p>　　速度顯示模塊和工作狀態(tài)顯示模塊，都

16、是通過(guò)單片機(jī)輸出信號(hào)控制發(fā)光二極管LED的亮滅。其中速度顯示模塊中LED構(gòu)成數(shù)碼管，要求顯示4位十進(jìn)制數(shù)，故用到4位數(shù)碼管。要控制多位的顯示電路，需要有字段控制和字位控制?？刂品绞椒譃殪o態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式，每一位的顯示器都需要配一個(gè)8位輸出口來(lái)輸出該字位的七段碼，需要片外擴(kuò)展輸出口。而動(dòng)態(tài)顯示方式將各數(shù)碼管的對(duì)應(yīng)字段的引腳都并聯(lián)在一起，線路簡(jiǎn)單，減少接口，不需片外擴(kuò)展。這里選用動(dòng)態(tài)顯示方式。</p>&

17、lt;p>　　5、步進(jìn)電機(jī)工作方式</p><p>　?。?）K0為啟/?？刂崎_關(guān)，控制整個(gè)系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。</p><p>　?。?）K1為正/反轉(zhuǎn)控制開關(guān)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。</p><p>　　6、工作狀態(tài)顯示模塊</p><p>　　LED發(fā)光二極管顯示步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，它們分別接到單片機(jī)的P3.3~P3.5。讓單片機(jī)輸出

18、通過(guò)一個(gè)反相器再接到LED陰極，LED陽(yáng)極接VCC。這樣可以提高電流，有利于二極管的導(dǎo)通，我們可以通過(guò)控制P3口的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)LED的亮滅。</p><p>　　7、位數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊</p><p>　　LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來(lái)表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們

19、眼睛看到的字樣了。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　P0口和P2口的前四個(gè)分別接步數(shù)顯示中對(duì)數(shù)碼管的字段控制及數(shù)碼管片選，這里主要是由軟件算法來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸出的控制。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p><b>　　1、程序流程圖&

20、lt;/b></p><p>　　首先是數(shù)碼管顯示清零，單片機(jī)再讀入P1口輸入的按鍵狀態(tài)，先判斷是否啟動(dòng)，如果沒(méi)有啟動(dòng)則是綠燈亮并再判斷，如果啟動(dòng)了，就接著判斷所需的電機(jī)工作模式，再讀入P1口狀態(tài)判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)向，輸出控制信號(hào)為正轉(zhuǎn)黃燈亮，反轉(zhuǎn)紅燈亮，由此可以讓步進(jìn)電機(jī)按照指定的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，并且累計(jì)步數(shù)再顯示到數(shù)碼管上。最后檢驗(yàn)P1口是否狀態(tài)改變，如果改變則步數(shù)清零重新開始判斷，不改變則繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。流程圖如圖3所

21、示。</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　PROTUES仿真圖</p><p>　　PROTEUS仿真圖圖4所示。</p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　程序</b></p><

22、;p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　void delay1(void);</p><p>　　void delay2(void);</p><p>　　void display(int);</p><p>

23、;<b>　　int bs=0;</b></p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　char a,b,c,d,j,*q,</p><p>　　done[14]={0x01,0x03,0x02,0x06

24、,0x04,0x05,0x00,0x01,0x05,0x04,0x06,0x02,0x03,0x00};</p><p><b>　　a=P3;</b></p><p><b>　　q=done;</b></p><p>　　P3=0x20; //P3.5口置1，綠燈亮，不工作</p><

25、p>　　delay1(); </p><p>　　L: a=P3; </p><p>　　while(!(a&0x08)) //判斷是否啟動(dòng)，若沒(méi)啟動(dòng)則重新啟動(dòng)</p><p>　　{ P3=0x20;</p><p><b>　　a=P3;</b></p><

26、p>　　delay1();}</p><p>　　if(a&0x10) //判斷電機(jī)是否要正轉(zhuǎn)</p><p>　　{ P3=0x80; //P3.4口為1，電機(jī)正轉(zhuǎn)，紅燈亮</p><p><b>　　b=0;}</b></p><p><b>　　e

27、lse</b></p><p>　　{ P3=0x40; //P3.4口為，電機(jī)反轉(zhuǎn)，黃燈亮</p><p>　　if(a&0x04)b=7;</p><p><b>　　else b=4;</b></p><p><b>　　}</b></p>

28、;<p><b>　　d=b;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　{ c=*(q+b); //判斷電機(jī)步數(shù)是否走完</p><p>　　if(c==0)b=d; //步數(shù)走完，電機(jī)重新再走</p>

29、;<p><b>　　else</b></p><p>　　{ P1=c; //從P1輸出電機(jī)控制信號(hào)</p><p><b>　　b++;</b></p><p>　　if(a&0x10)</p><p><b>　　{ </

30、b></p><p><b>　　bs=83;</b></p><p>　　display(bs);</p><p>　　display(bs);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p&g

31、t;<p>　　bs=167; </p><p>　　display(bs); //顯示步數(shù)</p><p><b>　　j=a;</b></p><p><b>　　a=P3;</b></p><p>　　if(a!=j)

32、 //判斷P3口狀態(tài)信號(hào)是否改變</p><p>　　{ if(!(a&0x08))bs=0; //若為停止信號(hào)，總步數(shù)清零</p><p>　　goto L; } //狀態(tài)信號(hào)改變，返回到開始，重新對(duì)電機(jī)控制</p><p><b>　　}</b></p&g

33、t;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay1()</p><p>　　{ int i,j;</p><p>　　for(i=0;i<200;i++)</p><p>　　for(j=

34、0;j<300;j++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display(int n)</p><p>　　{ unsigned char tab[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x67};</p><p>

35、;　　unsigned char i,k,t,num[4];</p><p>　　num[0]=n%10; //將總步數(shù)的各位分別存在num數(shù)組中</p><p>　　num[1]=(n/10)%10;</p><p>　　num[2]=(n/100)%10;</p><p>　　num[3]=(n/1000)%

36、10;</p><p>　　for(t=0;t<5;t++) //掃描5次</p><p>　　{ k=0x08; //位選碼指向最左一位,第四位</p><p>　　for(i=0;i<4;i++)</p><p>　　{ P2=k;

37、 //從P2口輸入位選碼</p><p>　　P0=~(tab[num[i]]); //取出顯示碼，并從P0口輸出顯示碼</p><p>　　k=k>>1; //求下一個(gè)位選碼</p><p><b>　　delay2();</b></p><p><b>　

38、　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay2()</p><p>　　{ int i,j;</p><p>　　for(i=0;i<10;i++)</p&g

39、t;<p>　　for(j=0;j<60;j++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　六、心得體會(huì)</b></p><p>　　本次課設(shè)是在實(shí)習(xí)與考試之中穿插進(jìn)行的，所以時(shí)間比較緊張，給課設(shè)的順利完成增加了難度。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，在這次課

40、設(shè)中，我充分感受到了這一點(diǎn)，在老師給的課題之中，是來(lái)自于各個(gè)方面各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，不得不說(shuō)，單片機(jī)很強(qiáng)大，確實(shí)改變了我們的生活。</p><p>　　課設(shè)里最困難的部分就是編寫程序和仿真調(diào)試，也許硬件連接沒(méi)問(wèn)題，程序運(yùn)行沒(méi)問(wèn)題，但是，當(dāng)把程序?qū)?，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)就是不轉(zhuǎn)，燈就是不亮，數(shù)碼管就是亂跳，這是很考驗(yàn)?zāi)托牡臅r(shí)候，一遍一遍地去調(diào)試程序，修改連接部分，有時(shí)真的看著很崩潰，但是當(dāng)你不放棄地調(diào)試，才有仿真成功的可能,在

41、這種反復(fù)中，對(duì)我們自身的能力是提高很多的。另一個(gè)收獲就是關(guān)于軟件的使用了。PROTEUS,KEIL51,以前好像也用過(guò)，但是平時(shí)較少接觸，這次的課設(shè)讓我比較熟練的掌握了這兩個(gè)學(xué)習(xí)軟件強(qiáng)大的功能。</p><p>　　單片機(jī)技術(shù)一直是比較實(shí)用的一門學(xué)科，拿到課程設(shè)計(jì)的題目也想著可以好好檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)成果，一直認(rèn)為，期末考試是所謂的應(yīng)試教育，而課程設(shè)計(jì)似乎更加地考驗(yàn)所學(xué)的知識(shí)，所謂實(shí)踐與理論相結(jié)合就是這個(gè)道理吧。課程

42、設(shè)計(jì)總能讓我有一種我站在山面前的感覺(jué)，看上去比較陌生高大，但是攀登的技巧早已在平時(shí)的學(xué)習(xí)中習(xí)得，不斷地去攀登，不斷地在回味課堂上老師講的東西，書本上的東西，這是一種奇妙的體驗(yàn)。</p><p>　　我明白遇到的電路或者課題并不一定在你的知識(shí)范圍之內(nèi)，而面對(duì)新的東西，我們要冷靜地去尋求解決之道，去搜尋網(wǎng)絡(luò)資源，圖書館資源以及和同學(xué)們的討論之中，再結(jié)合自己所學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)吃透理解那些未知的東西，擴(kuò)寬知識(shí)面，這樣就會(huì)覺(jué)得