单片机 > 单片机程序设计 > 详情

单片机与控制实验(4)——步进电机原理及应用

发布时间:2020-06-10 发布时间:
|

一、实验目的和要求

  了解步进电机的工作原理,学习用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法,掌握定时器和中断系统的应用,熟悉单片机应用系统的设计与调试方法。 


二、实验设备

  单片机测控实验系统
  步进电机控制实验模块
  Keil开发环境
  STC-ISP程序下载工具


三、实验内容

  编制MCS-51程序使步进电机按照规定的转速和方向进行旋转,并将已转动的步数显示在数码管上。

  步进电机的转速分为两档,当按下S1开关时,加速旋转,速度从10转/分加速到60转/分。当松开开关时,减速旋转,速度恢复为10转/分。当按下S2开关时,按照逆时针旋转;当松开时,按照顺时针旋转。

  本程序要求使用定时器中断来实现,不准使用程序延时的方式。

 

四、实验步骤

 

1、 预习

  参考辅助材料,学习C51编程语言使用和步进电机原理。

2、 简单程序录入和调试

(1)关于C51的中断

  本程序需要使用定时器定时,并使用中断来同步。中断程序的典型例子如下:
  格式:void 函数名()interrupt 中断号 using 工作组
  {
  中断服务程序内容
  }
  注意:中断不能返回任何值,所以前面是 void 后面是函数名,名字可以自己起,但不要与c语言的关键字相同;中断函数不带任何参数,所以 函数名后面的()内是 空的,中断号是指单片机的几个中断源的序号。这个序号是单片机识别不同中断的唯一标志。所以一定要写正确。
  后面的using 工作组 是指这个这个中断使用单片机内存中 4 个工作寄存器的哪一组,c51 编译后会自动分配工作组,因此最后这句话我们通常省略不写。

c51 中断写法实例:
  void T1-time() interrupt 3
  {
  TH1=(65536-50000)/256;
  TL1=(65536-50000)%256;
  }
  上面的意思是定时器 1 的中断服务程序,定时器 1 的中断服务序号是 3 ,因此我们要写成 interrupt 3 ,服务程序的内容是给 两个初值寄存器装入新值。。
  写中断前的准备:

  A、TMOD 赋值 确定工作方式。T0 还是T1 的工作方式。
  B、计算初值 装入 TH0 TL0 或者 TH1 TL1 
  C、中断方式时 ,对 IE 赋值,开放中断。
  D、使 TR0 和 TR1 置位,启动定时器/计数器 定时/计数。

 

(2)关于定时器中断的赋值

  使用定时器时,首先应由外部条件得到要定时的时间长度t,如本实验中,就是根据要求的速度计算出的每一步之间的间隔。然后选择适当的定时器工作方式,去计算想要设定的计数器初值s,使用如下方程:

  (2定时器最大位数 - s)× 定时周期 =t   【定时周期 = 12/CPU晶振频率】

  得到的s需要分成高8位和低8位,分别放入计数器THx和TLx中(x为0或1)。如果s为负数,说明需要的定时时间太长,即使定时器的最大时间也无法满足要求。这种情况下,需要加入软件循环才能实现。我们可以将需要的定时时间分成n份,利用定时器达到t/n的时间长度,然后在定时器处理程序中,累计某一变量,如果到达n,说明总的时间t已经达到。

  要想使用定时器中断,除了上面的定时器初值设定外,还需要将其他相关的特殊功能寄存器也都设置好。如果使用方式0和方式1,不要忘记在计数结束后重新恢复计数器初值。

3、 程序调试

  用单步、断点、连续方式调试程序,观察状态指示灯及电机状态,检查运行结果。如果需要,可以将四个输出信号的状态同时输出到P0口的某些位上,便于观察。

4、 编写程序,完成功能

 

五、实验原理

 

1、 我们使用的单片机系统的频率是12M;步进电机转动一周需要24步。

2、 本步进电机实验板,使用FAN8200作为驱动芯片。CPU通过如下4个引脚与FAN8200相连,即:

FAN8200引脚与CPU接口
CPUFAN8200
P1.1CE1
P1.4CE2
P3.2IN1
P1.0IN2

 

 

 

3、 本实验使用简单的双四拍工作模式即可,这也是FAN8200比较方便的工作方式。只要将CE1和CE2分别置为高,然后IN1和IN2按照预定的脉冲输出,即01->11->10->00->01这个循环构成一个方向旋转的输出脉冲,将此序列翻转,就是相反方向的输出脉冲。

 

六、实验代码  

 

1 #include

  2 typedef unsigned int uint;

  3 sfr   P4=0xC0;

  4 sfr   P4SW=0xBB;

  5 

  6 sbit  s1=P3^6;

  7 sbit  s2=P3^7;

  8 sbit  CE1=P1^1;

  9 sbit  CE2=P1^4;

 10 sbit  IN1=P3^2;

 11 sbit  IN2=P1^0;

 12 sbit  CLK=P4^4;

 13 sbit  DAT=P4^5;

 14 

 15 uint  count=0;                    //用于计已转动的步数

 16 int   flag=0;                     //用于给IN1、IN2传值

 17 //二极管显示码,存放在code区

 18 uint code tab[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};    

 19 int main()

 20 {

 21     P4SW=0x70;

 22     TMOD=0x01;    

 23     EA=1;

 24     ET0=1;

 25     TR0=1;

 26     CE1=CE2=1;

 27     

 28     while(1);

 29 }

 30 void rotateShun(int flag)

 31 {

 32     //01 11 10 00

 33     switch(flag)

 34     {

 35         case 0:    IN1=0;

 36                 IN2=1;

 37                 break;

 38         case 1:    IN1=1;

 39                 IN2=1;

 40                 break;

 41         case 2:    IN1=1;

 42                 IN2=0;

 43                 break;

 44         case 3:    IN1=0;

 45                 IN2=0;

 46                 break;        

 47     }

 48 }

 49 /*01 11 10 00

 50 * 反方向输出为

 51 * 00 10 11 01 

 52 * 摁下按键后,需向后走一位,所以为

 53 * 10 11 01 00

 54 */

 55 void rotateNi(int flag)

 56 {

 57     //10 11 01 00

 58     switch(flag)

 59     {

 60         case 0:    IN1=1;

 61                 IN2=0;

 62                 break;

 63         case 1:    IN1=1;

 64                 IN2=1;

 65                 break;

 66         case 2:    IN1=0;

 67                 IN2=1;

 68                 break;

 69         case 3:    IN1=0;

 70                 IN2=0;

 71                 break;        

 72     }

 73 }

 74 

 75 void show(uint cnt){                   //显示一个数字

 76     uint m, c,n;

 77     m = tab[cnt];

 78     for (n = 0; n < 8; n++){

 79         CLK = 0;

 80         //按位逻辑与,和1000 0000与,最高位保留,其他位置0,此处也可以与0x80比较大小来判断

 81         c= m & 0x80;                   //每次取一位,送往DAT

 82         if(c==0)

 83             DAT=0;

 84         else

 85             DAT=1;

 86         CLK = 1;

 87         m<<= 1;

 88     }

 89 }

 90 

 91 void display(uint cnt){                //显示

 92     show(cnt%10);                      //个位

 93     cnt /= 10;

 94     show(cnt%10);                      //十位

 95     show(cnt/10);                      //百位

 96 }    

 97 

 98 void timeInt0() interrupt 1

 99 {

100     if(s1==1)

101     {

102         /*不按s1,10r/min=240pace/min=960次/min,

103         *即每分钟给IN1和IN0送值960次,每次间隔60/960=0.0625s=62.5ms

104         */

105         TH0=(65536-62500)/256;

106         TL0=(65536-62500)%256;

107         if(s2==1)

108         {

109             rotateShun(flag);

110         }

111         if(s2==0)

112         {

113             rotateNi(flag);

114         }

115     }

116     if(s1==0)

117     {

118         /*按下s1,60r/min=1440pace/min=5760次/min,

119         *即每分钟给IN1和IN0送值960次,每次间隔60/5760ms

120         */

121         TH0=(65536-(uint)(60000/5760))/256;

122         TL0=(65536-(uint)(60000/5760))%256;

123         if(s2==1)

124         {

125             rotateShun(flag);

126         }

127         if(s2==0)

128         {

129             rotateNi(flag);

130         }

131     }

132     flag++;

133     if(flag>3) 

134     {

135         flag=0;

136         count++;

137         if(count < 999)

138         {

139             display(count);

140         }

141         else{

142             count = 0;

143             display(count);

144         }

145     }

146 }


七、一点想法

  步进电机必须加驱动才可以运转,驱动信号必须为脉冲信号,没有脉冲的时候,步进电机静止,如果加入适当的脉冲信号,就会以一定的角度(称为步角)转动,转动的速度和脉冲的频率成正比。改变脉冲的顺序,可以方便的改变转动的方向。

  步进电机最好不使用整步状态,整步状态时振动大。


关键字:单片机  控制实验  步进电机

『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』

热门文章 更多
PIC单片机基础知识之二