基于p89c668单片机的步进电机运动控制系统的研发

湖北工业大学商贸学院毕业设计1摘要随着数字电子计算机的广泛应用，单片机的应用也已深入到了社会领域的各个方面。为此选本次毕业设计课题为：基于P89C668单片机的步进电机运动控制系统的研发，P89C668单片机属于．Philips的增强型8051系列。本设计是利用单片机来控制步进电机的运转，通过键扫描，程序的控制来实现步进电机的起、停，正、反转，加、减速的运动状态。本次设计应用到的开发工具是：ProtelDXP2004和uVision2，本系统是应用汇编语言进行控制的。正文中首先简单描述了课题背景，开发环境和需要完成的功能；接着介绍了系统方案设计，其中包括硬件选型和开发工具两部分，论述了本次毕业设计所应用的各种设备的功能及其工作过程，此部分为系统的硬件设计做作准备；最后详细介绍了系统硬件的设计，附有相应的电路图，并给出了系统的硬件设计总图。在正文中还简单描述了增强型8051单片机的电路接口的硬件调试。关键词：单片机，步进电机，8051湖北工业大学商贸学院毕业设计2ABSTRACTAlongwiththedigitalcomputerwidespreadapplication,themonolithicintegratedcircuitapplicationalsothoroughlyarrivedsocialdomaineachaspect,Forthisanthologygraduationprojecttopicis:BasedontheP89C668SinglechipMicrocomputer.SteppingMotormovementcontrolsystemresearchanddevelopment,theP89C668SinglechipMicrocomputerbelongstoPhilipstheenhancement8051series.ThisdesigniscontrolsaSteppingMotorrevolutionusingSinglechipMicrocomputer,throughthekeyscanning,theprocedurecontrolrealizesSteppingMotorstops,thereverse,addsthestateofmotionwhich,decelerates,ThisdesignappliesthedevelopmentkitisProterDXP2004andμVision2,thissystemcarriesonthecontrolusingtheassemblylanguage.Inthemaintextfirstsimplydescribedthetopicbackground,thefunctionwhichthedevelopmentenvironmentandneedstocomplete;Thenintroducedthesystemplandesign,includingthehardwareshapinganditstheworkprocesswhichthisgraduationprojectapplies,thispartforsystemhardwaredesign,attachesthecorrespondingcircuitdiagram,andhasproducedthesystemhardwaredesignassemblydrawing.Alsosimplydescribedtheenhancement8051SinglechipMicrocomputerelectriccircuitconnectionshardwaredebugginginthemaintext.Keyword:SinglechipMicrocomputer,SteppingMotor,8051湖北工业大学商贸学院毕业设计3前言本次毕业设计的课题是基于P89C668的步进电机运动控制系统设计，在设计阶段，对三极管，二极管，电阻，电容，发光二极管，P89C系列单片机，光电隔离器，步进电动机驱动器等元器件有了比较好的了解，并拟定了相应的总系统设计。在本次设计过程中，掌握了基本的集成电路的基本分类方法和功能查找方法，以及工作特性，掌握了实验开发板的基本使用方法，掌握了固件开发集成环境μVision的基本使用方法，对ProtelDXP2004的使用有了很好的掌握，学会了实验开发板的在线调试方法等，本设计可分为硬件设计，软件设计两个主要的部分。其中，硬件部分，是对单片机做选型和处理步进电动机的选用。对8031和P89C668两种单片机做了分析比较，确定了使用：P89C668单片机。软件部分结合本设计的特点和自己的实际情况，用汇编语言完成软件部分的程序设计，并结合硬件进行了调试。设计本身就是一项辛苦又有趣，而且可以调动积极性的活动。通过这次设计，使我学到了很多新的知识，使我把以前学习的有关电子、控制以及单片机等课程的知识加以综合的运用。这次设计让我认识很深。湖北工业大学商贸学院毕业设计4第一章绪论1.1课题背景步进电动机是一种能完成增量运动的电磁机械，它将输入的数字脉冲信号转换成电机转轴的输出角度。在开环方式下，步进电机的输出步数总是和输入指令的脉冲数相等，每个脉冲都使电机转轴前进一个步进角，并依靠它特有的定位转矩将转轴准确地锁定在相应的步距位置。但是，在开环控制方式下，步进电动机的速度控制有着较大难度：在高速运行时，电机易丢失输入脉冲，造成失步；在低速时，步进电动机的转速响应有较大波动，运行不平稳；特别是当电机负载变化时，电机的转速波动更大，调整更不容易。当输入脉冲频率很低时，步进电机转子就处于步进运行状态，由于步进电机具备快速启动和停止的能力，它的步距角和转速仅与脉冲频率有关而不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件的影响，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累．正是因为上述优点，它已经被广泛地用于自动控制系统中作为执行元件．同时随着近年来大规模集成电路的发展以及各种单片机的迅速发展和普及，利用单片机与集成电路来控制步进电机不但灵活、方便、易于实现，而且它还具有成本低的特点．步进电动机是本次毕业设计需要设计的一个很重要的元件，而单片机在本次毕业设计中也是一个需要解决的十分重要的元件。现在对单片机的发展情况作相应的介绍：1976年，首例4位8048微控制器问世，1980年，首例8位MCS一51微控制器问世，掀起第一次嵌入式浪潮，各个微电子公司竞相研制自己的微控制器。20年来传统微控制器的更新，归纳如下几个方面：1．微控制器的CPU仍以CISC(复杂指令集系统)为主，但向RISC(简单指令集系统)演化。2．提升指令执行速度提高8位的振荡器频率或减少每机器周期包含的振荡周期数，都可以提高指湖北工业大学商贸学院毕业设计5令的执行速度，如Philips公司把12MHz的805l从每机器周期所含振荡器周期数由12改为6，获得2倍速，因此，提升8位微控制器工作频率已经受到普遍的重视。3．集成大容量片上FLASH存储器，实现ISP、IAP近几年，8位微控制器竞相采用FLASH存储器，已成趋势，因为它集成密度高、价格便宜、技术先进、可以取代PROM、EPROM、0TP和EEPROM等。Philips公司推出的兼容于8051的P89C668单片机是具有32KB／64KBFLASH的芯片，由于片上集成了1KB的引导和擦除／烧录用ROM固件，所以能够更好地支持ISP和IAP，顺便指出，P89C668还增加了片上RAM，最多到8KB。4．普遍使用混合信号集成技术用CMOS工艺将数字和模拟电路集成于一个片上的技术已经成熟，有力的削减了片外的附加器件，提高了性能并缩短了产品上市时间。5．增加可联网的外设接口目前，大量的独立键盘，小型掌上电脑也使用了MCS一51系列的83C51。因此要求将内嵌8位微控制器地设备接入Internet地呼声渐高。6．追求低电压、低功率、低价位、PLC(少腿芯片)降低工作电压无疑可以成平方地降低功率，所以开始出现多电压供电的微控制器，CPU部分工作于1．5V～2．5V，而I／0口工作于3．3V～5V。为实现低功耗，应尽可能将片外器件集成于一个片上，这样便于一同暂停，一同休眠或部分运行。当代(即第二代)嵌入式微控制器，主流情况如下：1．DSP与MPU相结合，协助解决网络与多媒体所需实时处理的高速运算问题，DSP进入今日嵌入式的芯核，与MPU构成芯核的左右脑。2．今日嵌入式芯核的MPU多是RISC结构，取其特有的高速度，低能耗，小尺寸，低价位的特点。3．32位的RISC—DSP，双核结构成为今日嵌入式芯片的主流形式。新一轮32位嵌入式应用的兴起，8位微处理器和32位微处理器相辅相成结合，构成了五彩斑斓的实际应用系统。同时，也说明了805l系列单片机的软硬件机构至今仍有生命力，借助于操作系统的威力，805l系列单片机仍可以继湖北工业大学商贸学院毕业设计6续在嵌入式系统发挥更大的作用。8位微控制器因其价廉，指令短，易于开发使用，加上嵌入式C语言的普及，片上FLASH存储的采用和多种多样的集成，将持续受到普遍的欢迎。当今，8051系列单片机已经是一个在特性上与其他系列有较大的差异，由不同厂家生产，多种型号芯片组成的单片机大家庭，805l系列的各种芯片超过了400种。Philips是最早获得MCS-5l技术授权的公司，也是后继发展805l产品最多、最系统的公司。该公司的805l增强核集中反应了最新技术对MCS-51核的全面提升。在此基础上集中生产了3个基础系列的主干产品，即：P89C51x2／52X／54X2／58X2与P89C60X2／61x2系列(完全以8051增强核为基础)；P89CRA2／RB2／RC／RD2(增强+PCA)和P89C660／662／664／668(8051增强核+PCA+I2C)。Philips公司单片机功能多，品种齐全，其中的增强型8051系列功能更为强大，因此本课题拟采用该公司的．P89C668单片机作为控制芯片。1.2课题研究意义毕业设计是大学教学中的重要环节，是大学生能力培养的重要手段。是对基础知识和专业知识的一次综合性考查，是大学生进入社会前的一次提前练兵，对大学生未来的生活和工作起到非常重要的作用。本次的设计课题是基于P89C668单片机的步进电机运动控制系统的研发。包括系统方案设计，开发工具开发环境的应用，系统硬件电路设计，系统软件设计四大部分。系统方案设计包括总体方案设计和细节部分的方案设计；本次设计用到的开发工具是ProtelDXP和μVision2；系统硬件设计包括键盘和显示电路的硬件设计，步进电机驱动电路的设计；系统软件设计包括键盘和显示电路的软件设计，步进电机驱动电路的软件设计等内容。具体的详细内容在以后的各章节中会一一详细介绍。在设计的准备阶段，做了大量的准备工作，认真学习了二极管，三极管的作用，性能，极性的辩识；电阻的标识与辩识方法；电容的标识与辩识方法，电容极性的判断；对集成电路的基本分类，功能和不同集成电路的工作特性有了比较湖北工业大学商贸学院毕业设计7全面的了解。对万用表的使用有了更好的掌握；对Philips的8051系列单片机有了比较全面的了解，其中对P89(；668单片机有了全面的掌握，为我们的设计工作奠定了坚实的基础；步进电动机也是这次设计的重要元件之一，因此对它的工作原理和工作特性有了比较全面的掌握。在本次设计中，我们利用ProtelDXP2004和μVision2分别完成硬件电路图的绘制和程序的调试工作。本设计还用到LED发光二极管，光电隔离器TLP521-4，驱动器ULN2003A等元器件。1.3论文完成任务本设计主要完成利用P89C668单片机通过软件和按键扫描来实现步进电动机的起停、加减速、以及正反转控制。并附以发光二极管来显示步进电动机的各种运动状态。本设计首先进行了系统方案的设计，包括硬件选型和开发工具两大部分。硬件选型中主要介绍了步进电动机特点，工作原理；P89C6