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基于单片机的步进电机的运动控制系统课程学位论文.doc
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基于单片机的步进电机的运动控制系统课程学位论文.doc
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目 录
步进电机原理及硬件设计......................................................................2
1 单片机电路 ......................................................................................2
1.1 AT89C51 单片机的组成结构 ................................................2
1.2 AT89C51 单片机的引脚及功能 ............................................4
2 步进电机 ...........................................................................................6
2.1 步进电机的工作原理.............................................................6
2.2 步进电机的驱动......................................................................7
3 电源 ......................................................................................................11
4 软件程序设计......................................................................................11
4.1 三相六拍环形分配......................................................................11
4.2 主程序的设计..............................................................................12
总结 ..........................................................................................................19
参考文献 ..................................................................................................21
2
2
1 步进电机原理与硬件设计
1 单片机电路
本系统采用 A89C51 单片机产生控制信号单片机内部的内存即可满足要求。
如需要扩展较多的外部 RAM 和 ROM 可加上数据缓冲器。步进电机控制信号通
过 AT89C51 单片机其中一个口进行扩充。为了增加步进电机工作的灵活性,在
启动步进电机工作之后,当有键按下,设置产生外部中断,达到灵活控制电机的
目的。下面介绍一下 AT89C51 单片机。
1.1AT89C51 单片机的组成结构
AT89C51 单片机内部硬件结构框图如图 2 所示。它由一个 8 位中央处理器
(CPU)、一个 256B 片内 RAM 及 4KBFlashROM、21 个特殊功能寄存器、4
个 8 为并行 I/O 口以及中断系统等部分组成,各功能部件通过片内单一总线连成
一个整体,集成在一块芯片上。
(1) CPU
CPU 是单片机的核心部分,CPU 包括两个基本部分:运算器和控制器。
①运算器
运算器即算术逻辑单元 ALU,是进行算术或逻辑运算的部件。可实现算术运
算和逻辑运算。操作的结果一般送回累加器 ACC,而其状态信息送至程序状态
寄存器 PSW。
②控制器
控制器是用来控制计算机工作的部件。控制器接收来自存储器的指令,使各
部件协调工作,完成指令所规定的操作。
3
3
时序和振荡电
路
CPU
并行
I/O
口
程序存储器
ROM
2
个
16
位定时
/
计数器
串行
I/O
口
数据存储器
RAM
中断系统
时钟源
外部事件
外部中断
P0 P1 P2 P3
RXD TXD
内部
8
位数据总线
内
部
中
断
图 2 AT89C51 单片机内部结构示意图
(2)内部存储器
①内部数据存储器
AT89C51 芯片内共有 256B(地址为 00H-FFH)的数据存储器,其中高 128B
(地址为:80H-FFH)被专用寄存器占用,能作为寄存器供用户使用的只是低
128B(地址为:00H-7FH),用于存放可读写的数据,如程序执行过程中的变量。
②内部程序存储器
AT89C51 共有(地址为:0000H-0FFFH)的 flash 程序存储器,用于存放程
序、原始数据或表格常数。
(3)定时/计数器
AT89C51 共有两个 16 位的定时/计数器都可以设置成计数方式,用于对
外部事件进行计数;也可设置成定时方式,并可以根据计数或定时的结果实现对
单片机运行的控制。
(4)并行 I/O 口
用于进行单片机内外的传输,4 个 8 位的 I/O 口(P0、P1、P2、P3)。每
个 8 位的口,既可用作输入口,也可用作输出口,每个口即可以 8 位同步读写,
又可对每一位进行单独的操作。标准 I/O 口的主要功能相当于一个 8 位锁存器,
4
4
能存储一个字节的二进制数据,以保持与之相连接的 8 条口线各自电位的高低状
态。
1.2 AT89C51 单片机的引脚及功能
AT89C51 共有 40 个引脚,下面介绍一下它们的主要功能。
(1)P0 口
P0 口某一位的结构图如图 3 所示,一个输出锁存器、两个三态缓冲器、一
1
2
D
CP
Q
Q
-
T1
T2
读锁存器
内部总线
写锁存器
锁存器
地址/数据
控制信号C
VCC
P0.X引脚
读引脚
MUX
&
1
图 3 P0 口的结构示意图
个转换开关 MUX、一个输出驱动电路(T1 和 T2)和一个与门及一个非门
组成。
(2)P1,P2,P3 口
P1 口是唯一的单功能口,位结构图如图 4 所示,仅能作为通用 I/O 口使
用,P1 口是 8 位准双向口,作通用输入/输出口使用, Pl 口有别于 P0 口,它
接有内部上拉电阻。P1 口的每以一位可以独立地定义为输人或者输出,因此,P1
口既可作为 8 位并行输入/输出口,又可作为 8 位输入/输出端。CPU 既可以
对 P1 口进行字节操作,又可以进行位操作。当作输入方式时,该位的锁存器必
须顶写 1。
P2 口是 8 位准双向输入/输出接口,当外接程序存储据时,P2 口给出地址
的高 8 位,此时不能用作通用,I/O 口。当外按数据存储器时,若 RAM 小于
256KB,用 R0、R1 作间址寄存器,只需要 P0 口送出地址低 8 位,P2 口可以用
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