51单片机汇编语言步进电机转速控制系统

理工大学本科设计报告题目：步进电机转速控制系统设计

课程名称：单片机综合设计

学院（系）：电子信息与电气工程学部

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2013 年7 月20 日

题目：步进电机转速控制系统设计

1 设计要求

1)利用ZLG7290的键盘控制直流电机（或步进电机的转速、转向）；

2)也可以利用ADC模块（与电位器配合），利用电位器控制转速；

3)利用ZLG7290的8位LED数码管显示电机转向、转速参数显示。

2 设计分析及系统方案设计

实验要求使用步进电机作为被控制对象，由ZLG7290做人机对话平台，利用单片机的P1（8位）和P3（部分口线）构造系统。实验最终实现功能、设计思路以及方案设计如以下几个小节所述。

2.1 系统设计实现功能

根据设计要求、现有设备以及知识储备，完成功能如下：

①由按键S1~S8实现转速切换，其中S1~S4正转，S5~S8反转

②按键S16作为停止键，按下S10后步进电机停止转动，再按S1~S16步进电机按

照按键对应转速以及转向转动

③按键S10作为复位键，当按下S10后，无论当前处于何种状态，系统恢复至初

始态

④8为LED数码管显示当前步进电机转速（speed=0/1 1~4），转速前0表示正转，

1表示反转

⑤若按下停止键，数码管显示当前转速；若按下复位键，数码管显示初始态

speed=00

2.2 设计思路

本次的设计是LED显示与步进电机相结合以及若干功能键的组合的一种设计。根据之前学习的按键中断显示实验和定时器实验，使用INT0和INT1，INT0作为按键中断，INT1作为定时器。在主程序中实现LED初始显示、定时器计时初始、按键中断初始。INT0中断调用中断服务子程序实现对按键键值的判断，并根据相应的按键值实现对应步进电机的变化，并显示该按键对应的转速。INT1定时器中断根据INT0的按键键值，对定时器设定相应的初值，实现步进电机按规定的转速转动。对于按键停止，则是利用中断优先级，当INT0的中断优先级高时，系统进入中断，此时INT1停止计时，也就实现了步进电机的停止，当改变定时器与按键中断的优先级时，即把INT0设为低优先级，INT1设为高优先级，步进电机重新开始转动。此时添加一个对INT0位地址的查询，若有按键即正/反转的4档转速所对应的按键，步进电机开始重新转动。对于复位功能，则同样是利用按键键值的判断，在对应键值下控制电机初始化。

2.3 系统方案设计

系统总设计方案框图如下所示：

图1.1 系统总框图

3 系统电路图

见附录

4 外围接口模块硬件电路功能描述

本设计主要用到的器件是AT89C51、ZLG7290B和步进电机。

4.1 AT89C51

AT89C51的主要参数如下表所示：

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。其引脚如图1.2所示。

图1.2 单片机的引脚排列

管脚说明如下：

VCC：供电电压GND：接地

P0口：8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流；

P1口：P1口是一个部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流；

P2口：P2口为一个部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

P3口：P3口管脚是8个带部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INT0（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（记时器0外部输入）

P3.5 T1（记时器1外部输入）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

4.2 ZLG7290B

ZLG7290B是数码管动态显示驱动、键盘扫描管理芯片。接口采用I2C结构。

部寄存器有13个单元00H-0DH：

1）系统寄存器（地址00H），第0位称作按键有效位，为1表示按键按下，为0表示没有按键操作，并且有按键按下的时候在ZLG7290B的/INT引脚会产生一个低电平的中断请求信号。

2）键值寄存器（地址01H），如果按下的是普通键，键值寄存器就保存按键对应的兼职（1-56）。

3)连击计数器（02H），就是芯片为普通键提供的一种连击计数功能，当按下某

一按键就可以产生连续的中断请求信号。

4）功能键值寄存器（地址03H），功能按键不产生键值，但是在按下和抬起都会产生中断请求信号。

5）命令寄存器（地址07H和08H），向命令寄存器送入相关的控制命令可以实现段寻址，下载显示数据和控制闪烁等功能。

6）闪烁控制寄存器（地址0HCH），闪烁控制寄存器决定闪烁的频率和占空比。

7）扫描位数寄存器（地址0DH），扫描位数寄存器决定着ZLG7290B动态扫描显示的位数，取值0-7，对应的显示1-8位。

8）显示缓冲寄存器（地址10H-17H），八个显示缓冲寄存器直接决定着数码管上显示的字形和显示的位置。ZLG7290B的引脚图如下：

图1.3. ZLG7290B引脚逻辑图

4.3 步进电机

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

（一）步进电机的静态指标术语

1、相数：产生不同对N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。

2、拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。

3、步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。

（二）步进电机动态指标及术语：