33设计并实现红外遥控步进电机单片机课程设计

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:设计并实现红外遥控步进电机初始条件：（1）Proteus仿真软件或XL1000综合仿真试验仪一台；（2）课程设计辅导书：1.李群芳、张士军，单片微型计算机与接口技术,电子工业出版社，20082.张毅刚、彭喜元、董继成，单片机原理及应用，高等教育出版社，20043.赵晓安.，MCS-51单片机原理及应用，天津大学出版社，2001（3）先修课程：微机原理与接口技术、单片机原理。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）课程设计时间：1周；（2）本课程设计统一技术要求：按照要求对选定的设计题目进行分析，画出实现电路原理图，设计出各模块电路的功能，编写C51或汇编程序，上机调试、仿真，记录实验结果，对实验结果进行分析；(除了代码，运行结果可以打印，其他手写)（3）课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，并标明参考文献至少5篇；（4）写出本次课程设计的心得体会（至少500字）。时间安排：课程设计时间为：6月26日至7月1日，7月2日上午答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1.设计原理及方法..................................................................................................................11.1步进电机的工作原理...............................................................................................11.2红外遥控器的原理...................................................................................................11.3红外遥控步进电机的设计方法...............................................................................22.系统硬件线路设计..............................................................................................................22.1红外遥控及LED模块.............................................................................................22.2步进脉冲产生模块：...............................................................................................62.3硬件线路设计图.......................................................................................................73.程序框图..............................................................................................................................84.资源分配表:.........................................................................................................................95.源程序：............................................................................................................................107.心得及体会：....................................................................................................................228.参考文献:...........................................................................................................................239．本科生课程设计成绩评定表.........................................................................................24武汉理工大学《单片机原理与程序设计》课程设计说明书11.设计原理及方法1.1步进电机的工作原理步进电机是数字控制电机，它将电脉冲信号转化为角位移，实质上是一种数字/角度转换器。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，因此，单步和连续的动作区别只是单片机给步进电机脉冲个数不同而已。每按一次单步键就是给电机一个脉冲，而连续则是不断的给电机脉冲，达到连续运转的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。步进电机可分为反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）和混合式步进电机（HB）三种。永磁式一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5°或15°；反应是一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5°，但噪声和振动都很大，在欧美等发达国家在20世纪80年代已被淘汰；混合式应用最为广泛，它混合了永磁式和反应式的优点。步进电机区别其他控制电机的最大特点是，它通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转到角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。1.2红外遥控器的原理红外线遥控系统就是指利用红外线来传递控制信号,实现对控制对象的远距离控制的目的。由发射器发出红外线指令信号,由接收器接收信号并对信号进行处理,最后实现对对象的各种功能的远距离控制。通用红外发射器由指令键、指令信号产生电路、调制电路、驱动电路及红外发射器组成。红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令武汉理工大学《单片机原理与程序设计》课程设计说明书2的操作控制（机构）。红外遥控器的特点是不影响周边环境，不干扰其他电器设备，在室内近距离（小于10m）遥控中得到了广泛的应用。例如在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型电器装置上都纷纷采用红外线遥控。1.3红外遥控步进电机的设计方法红外遥控器控制步进电机是利用LED发射红外线传递按键信息。由于红外采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，在解码时通过判断高低电平持续时间的长短来识别发送的键值。单片机的晶振为12MHz，单周期指令执行时间为1MHz，由于机械动作需要一定时间来完成，如果以这么快的速度来给脉冲，电机是不会转动的，因此，在两个脉冲之间必须要有一定时间差，电机才有时间来执行动作。电机转动的速度与脉冲频率成正比，控制脉冲间隔时间就相当于控制了步进电机的转动角频率即快慢。根据该系统设计要求,需要通过红外遥控器按下按键和显示器来改变步进电机的运动状态以及显示,只需要红外遥控器中7个按键就可满足需求，外加8位LED数码显示管即可。由于实验箱上只有8个连体数码管，因此需要动态扫描。通过从键盘上输入正、反转命令,按键数值显示在数码管上,CPU再读取正、反转命令,加减速后执行。经键盘可完成启动、停止、正转、反转、速度设置控制功能。按下红外遥控器上的相关按钮电机执行相关动作，同时数码管上显示按键的数值。2.系统硬件线路设计2.1红外遥控及LED模块本模块应完成对红外遥控器有无键按下进行确认,当有键按下时,确定按键值,并根据所得键值进行处理(包括所按键是不是停止键还是执行键。如是停止键,不断扫描键盘程序，等待执行键按下；如是执行键就启动产生步进电机控制信号程序)。显示模块主要是完成在进行键盘按下时,显示输入的数据值(转矩数、转动方向、转动速率及运行方式)。武汉理工大学《单片机原理与程序设计》课程设计说明书32.1.1红外遥控编解码原理红外遥控系统由发射和接收两大部份组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。发射部份包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部份包括光、电转换放大器、解调、解码电路。由于采用不同芯片其发送和接受的过程是不一样的，我们用的实验箱采用的是HT6221红外编码芯片，因此以HT6221为例来说明红外遥控器编码和解码原理，其管脚图如图1所示。1.HT6221键码的形成当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。当一个键按下超过36ms振荡器使芯片激活如果这个键按下且延迟大约108ms,这108ms发射代码由一个起始码9ms,一个结果码4.5ms,低8位地址码9ms~18ms,高8位地址码9ms~18ms,8位数据码9ms~18ms和这8位数据的反码9ms~18ms组成如果键按下超过108ms仍未松开接下来发射的代码连发代码将仅由起始码9ms和结束码2.5ms组成。1.12ms为0，2.24ms为1，如下图：-20DIP/SOPHT6221VSSX1X2D7VDDDOUTR4R3R2R11098765432116151413121117181920LEDC8C7C6C5C4C3C2C1AINR2R1AINC1C2C3C4C5C6C7C8LEDR3R4R5R6R7R8DOUTVDDD7X2X1VSS123456789101112131415161718192021222324HT6222-24DIP/SOP图表1HT6221管脚图武汉理工大学《单片机原理与程序设计》课程设计说明书4图表2发送波形每发送一个码，HT6221会先送出一个9ms的头码和4.5ms的间隙，然后依次送出16位的地址码（18ms~36ms）、8位数据码（9ms~18ms）和8位数据反码，如下图：注：代码宽度算法：16位地址码的最短宽度：1.12*16=18ms16位地址码的最长宽度2.24ms*16=36ms易知8位数据代码及其8位反代码的宽度和不变：（1.12ms+2.24ms）*8=27ms32位代码的宽度为18ms+27ms~(36ms+27ms)2.代码格式（以接收代码为准，接收代码与发射代码反向）位定义单发代码格式连发代码格式3.解