单片机综合设计实验
题目：
步进电动机综合控制
学
院
计算机科学与信息工程学院
专业年级 实验组员 指导教师 日 期
2013 级自动化三班
职称 2013--12-30
目录
摘要.............................................................................. 一 概述..................................................................
1.1 实验目的................................................................... 1.2 实验内容与要求..................................................... 1.3 步进电机的介绍................................................ 1.4 研究的思路.........................................................
二 硬件设计..............................................
2.1 51 单片机介绍................................................... 2.2 LCD1602 液晶显示介绍 2.3 uln2003 步进电机驱动介绍
三 相关图像...................................................
3.1 总电路图................................................. 3.2 程序流程图.................................................. 3.2.1 控制框图 3.2.2 流程图
四 调试结果及分析.......................................... 五 设计总结及心得体会................................................ 附录【1】系统程序............................................... 附录【2】参考文献........................................................
【摘要】
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 本实验利用 8051 单片机达到控制步进电机的启动、停止、正转、反转、点动、 转过指定角度、状态显示和数据指示的目的，使步进电机控制更加灵活。整个系 统有 80C51 单片机控制系统，由 uln2003 驱动电路驱动，键盘控制电路，LCD 液 晶显示电路。用 51 单片机控制两相四线步进电动机，在非超载情况下，电机的 转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和个数，而不受负载的影响，给电机 一个脉冲信号，电机则转过一个步距角，通过控制脉冲个数可以控制角位移量， 从而达到控制位的作用， 同时通过控制脉冲的相序来改变步进电机的转向，从而 达到控制正反相的作用。本次采用 51 单片机为核心器件来控制步进电机，系统 的实用性较强。
关键字： 51 单片机；步进电动机；脉冲；LCD1602
1.1 实验目的：
1，单片机对步进电动机控制可以熟悉步进电机的控制与原理运用。 2，单片机对步进电动机控制可以熟悉步进电机结构及各种工作方式。 3，通过本次实验可以运用所学单片机理论知识，专业技能来对实际问题进行 分析，思考，解决，提高对专业知识的掌握和锻炼逻辑思维能力。
1.2 设计内容与要求：
1、任务介绍：实现步进电机按规定的速度正转、反转，转过指定的角度，要有 点动功能。 所有命令通过键盘输入， 步进电机在运行过程中要有状态和数据指示。 2、每套设计文档应包括： 系统原理说明、程序框图、电路原理图和程序清单。
1.3 步进电机的介绍
1.3.1 相关的技术指标： a、相数：指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相 步进电机，本实验用的是二相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同。 b、步距角：表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。本 实验程序运行前要先测量步进电机的步距角。 （本开发板上已测步进电机步距角 为 18 度） c、拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过 一个齿距角所需脉冲数。也就是说本步进电机每转一周需要 20 个脉冲。本实验 用 2 相 4 拍运行方式双四拍工作方式： * *; 正转：A/B AB AB/ A/B/ * * 反转：A/B/ AB/ AB A/B
该实验板上步进电机内部结构图如图一
1.3.2 工作原理： 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 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； 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。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。 1.3.3 步进电机的驱动：
步进电机的驱动可以选用专用的电机驱动模块，比如 L298、FT5754 等，这类驱 动模块接口简单，操作方便，它们既可以驱动步进电机，同时也可以驱动直流电 机。但本实验使用 ULN2003 驱动电路驱动步进电机运转。 1.4 研究的思路 1 了解单片机本身内部应有的资源，如：中断，定时器，计数器，I\O 的使用。 2 了解步进电机的工作原理和作用。 3 根据步进电机的原理，分析并分配单片机内部资源，并根据单片机的资源， 来实现 硬件电路的设计以及软件程序的编写。 4 遇到自己所学知识不懂或不熟悉的东西，查阅资料探究明白。 5 在设计好单片机控制步进电动机时，要学会分析电路中出现的问题，并且好 好总结。
二 硬件设计 2.1 51 单片机介绍
AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微 处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与 工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存 储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式 控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 其引脚图如下所 示 。 1．主要特性： ·与 MCS-51 兼容 ·4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 ·全静态工作：0Hz-24Hz ·三级程序存储器锁定 ·128*8 位内部 RAM ·32 可编程 I/O 线 ·两个 16 位定时器/计数器 ·5 个中断源 ·可编程串行通道 ·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路
2．2．管脚说明：
VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口， 每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存 储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输 入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器 能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 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，其管脚被内部上拉电阻拉高， 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。这是 由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器 进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优 势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的 内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘 故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能
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） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） 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。 ALE/PROG： 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位 字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的 频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输 出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳 过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只 有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微 处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。
51 单片机内部结构图
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 （0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内 部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程 期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。
4．芯片擦除： 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合， 并 保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种 软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器， 串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁 止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 5．MCS-51 单片机是美国 INTE 公司于 1980 年推出的产品， 典型产品有 8031 （内 部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051（芯片采用 HMOS， 功耗是 630mW，是 89C51 的 5 倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和 8751 等通 用产品，一直到现在， MCS-51 内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比 如目前流行的 89S51、已经停产的 89C51 等），各高校及专业学校的培训教材仍 与 MCS-51 单片机作为代表进行理论基础学习。 有些文献甚至也将 8051 泛指 MCS-51 系列单片机，8051 是早期的最典型的 代表作，由于 MCS-51 单片机影响极深远，许多公司都推出了兼容系列单片机， 就是说 MCS-51 内核实际上已经成为一个 8 位单片机的标准。 其他的公司的 51 单片机产品都是和 MCS-51 内核兼容的产品而以。同样的 一段程序， 在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的， 如 ATMEL 的 89C51 （已经停产）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和 WINBOND（华邦）等，我们常 说的已经停产的 89C51 指的是 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机，同时是在原基础 上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由 Flash（程序存储器的内容至少可以 改写 1000 次）存储器取带了原来的 ROM（一次性写入），AT89C51 的性能相对于 8051 已经算是非常优越的了。
2.2 LCD1602 液晶显示介绍
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在
袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。 这里介绍的字符型液晶模块是一种用 5x7 点阵图形来显示字符的液晶 显示器， 根据显示的容量可以分为 1 行 16 个字、 2 行 16 个字、 2 行 20 个字等等， 这 里 以 常 用 的 2 行 16 个 字 的 DM-162 液 晶 模 块 来 介 绍 它 的 编 程 方 法
*
a. 1602LCD 主要技术参数： 显示容量:16×2 个字符 芯片工作电压:4.5—5.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm b. 1602 液晶模块引脚功能 1602LCD 采用标准的 14 脚(无背光)或 16 脚(带背光)接口，各引脚接口说明如下表所示:
编号 1 2 3 4 5 6 7 8
符号 VSS VDD VL RS R/W E D0 D1
引脚说明 电源地 电源正极 液晶显示偏压 数据/命令选择 读/写选择 使能信号 数据 数据
编号 9 10 11 12 13 14 15 16
符号 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK
引脚说明 数据 数据 数据 数据 数据 数据 背光源正极 背光源负极
1602 液晶模块引脚说明： 第 1 脚：VSS 为地电源。 第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度 过高时会 “鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 R/W 共同 为低电平时可以写入指令或者显示地址， 当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号， 当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～14 脚：D0～D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 3. 1602LCD 的指令说明及时序 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如下表所示： 序号 指令 1 2 3 4 5 清显示 光标返回 置输入模式 显示开/关控制 光标或字符移位 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 D2 D1 D0 0 0 1 D 0 1 1 *
I/D S C B *
S/C R/L *
6 7 8 9 10 11
置功能 置字符发生存贮器地址 置数据存贮器地址 读忙标志或地址 写数到 CGRAM 或 DDRAM) 从 CGRAM 或 DDRAM 读数
0 0 0 0 1 1
0 0 0 1 0 1
0 0 1
0 1
1
DL N
F
*
*
字符发生存贮器地址
显示数据存贮器地址
BF 计数器地址 要写的数据内容 读出的数据内容
1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。(说明：1 为高电平、 0 为低电平) 指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。 指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字 是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4： 显示开关控制。 D： 控制整体显示的开与关， 高电平表示开显示， 低电平表示关显示 C： 控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪 烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显 示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8：DDRAM 地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数 据，如果为低电平表示不忙。 （注意每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态） 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。
2.3 ULN2003步进电机驱动介绍 ULN是集成达林顿管IC ，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装,NPN 晶体管矩阵, 最大驱动电压=50V,电流=500mA, 输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。 ULN是集成达林顿管IC, 内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管, 它的输出端允许通过电流为200mA ，饱和压降VCE 约1V 左右，耐压BVCEO 约为36V 。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K 的电阻较为合适，同时，COM 引脚应该悬空或接电源。ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，但独每个单元驱动电流最大可达350mA. 资料的最后有引用电路，9脚可以悬空。 比如1脚输入，16脚输出，负载接在VCC 与16脚之间，不用9脚。
2.3.1 ULN2003的作用：
ULN2003是大电流驱动阵列, 多用于单片机、智能仪表、PLC 、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。 输入5VTTL 电平，输出可达500mA/50V。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列, 由七个硅NPN 达林顿管组成。 ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻, 在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路 直接相连, 可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品, 具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点, 适应于各类要求高速大功率驱动的系统。
2.3.2 ULN2003A功能及引脚图:
功能：ULN2003 是高耐压、大电流、内部由七个硅NPN 达林顿管组成的驱动芯片。 经常在以下电路中使用，作为显示驱动、继电器驱动、照明灯驱动、电磁阀驱动、伺服电机、步进电机驱动等电路中。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻, 在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA ，并且能够在关态时承受 50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003 的封装采用DIP —16 或SOP —16 。ULN2003可以驱动7个继电器, 具有高电压输出特性，并带有共阴极的续流二极管使器件可用于开关型感性负载。每对达林顿管的额定集电极电流是500mA ，达林顿对管还可并联使用以达到更高的输出电流能力。
显示电路主要包括大型LED 数码管BSI20-1(共阳极，数字净高12 cm)和高电压大电流驱动器ULN2003，大型LED 数码管的每段是由多个LED 发光二极管串并联而成的，因此导通电流大、导通压降高。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列电路，他具有7个独立的反相驱动器，每个驱动器的输出灌电流可达500 mA，导通时输出电压约1 V，截止时输出电压可达50 V。ULN2003的1～7脚为信号输入脚，依次对应的输出端为16～10脚，8脚为接地端。当驱动电源电压为+12 V时，若要求数码管每段导通电流为40 mA，则每段的限流电阻为50Ω。则一块ULN2003恰好驱动一个LED 数码管的7段。大数码管采用共阳极接法，低电平
有效。锁存器输出的电平经NPN 三极管9014反相后，再由ULN2003放大后推动
大数码管显示
三 相关图像
3.1 总电路图
上图是protues 的电路图 ，由于我们开发板上没有74HD09和74HC21与门，于是我们在实际开发板上采用软件实现中断信号的产生及K1,K2，K3，K4，K5相与后赋值给P1.6输出口再于外部中断口INTO 的P3.2相连实现外部中断。
3.2.1 控制框图
四 调试结果及分析
1，打开文件，进行编译，确认无误后，点击工具栏中的运行工具。 2，准备调试
3，调入文件到硬件中，开始调试硬件电路，点击运行，电路正常连接。
4，从键盘输入，按正转电机正转运行。
5，从键盘输入，按反转电机反转运行。
6，从键盘输入，按点动，电机点一下转过一个步距角。 7，从键盘输入，按角度转变，电机转过设定角度。
调试完毕，通过键盘可以控制电机的按照预先设置的转速，转向，点动，转过一定角度等功能的运行。所得的结果与理论设计的运行结果相同。调试成功。
设计总结及心得体会 刚接触到设计的时候确实很难着手，不知道该重什么地方下手。主要是理论的学习是空洞的，而且并不是那么熟练。本次设计我们采用的是51单片机对两相四线步进电机进行控制，通过改变相序可以改变电机的转向，通过键盘的按键可以控制电机的正转，
反转，点动等动能。所运行的角度，速度通过LCD1602给以显示。通过调试和运行得到了正确的预期结果。
刚开始就像大海捞针一样，通过上网查阅资料，图书馆借阅文献查询。慢慢开始对我们的设计有了了解，逐步开始了进行，确实发现了很多问题 ，如怎样设置中断，慢慢的感觉懂了一些，问题也一步一步的解决。花了不少时间，有的时候困难来了，我们确实想放弃不管了，最后还是坚持了下来。实在不懂的请教了同学老师，相互探讨下最终解决了一些列问题。这过程让我们很有成就感，感悟到了学习的乐趣。当然还是有些问题需要进一步深究，做的也不是很好，但肯定会坚持学习下去。
通过这次课程设计，不但了解了怎样设计课程设计的方法，更是将书本的知识运用到现实中。深刻加深了对单片机的理解，以及端口的相应功能与接线。
最后次实验有我们六个人合作完成的，通过本次试验，我们收获了很多，懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。并且巩固以前所学过的知识，而且学到很多在书本上所没有学到过的知识。
附录【一】系统设计程序
#include
#define LCD1602_DB P0
#define MOTO P1
sbit K1 = P2^0;
sbit K2 = P2^1;
sbit K3 = P2^2;
sbit K4 = P2^3;
sbit K5 = P2^4;
sbit P1_6 = P1^6;
sbit LCD1602_RS = P2^6;
sbit LCD1602_RW = P2^5;
sbit LCD1602_EN = P2^7; //1602控制中线
unsigned char code str0[] = "Mode1:+zhuan";
unsigned char code str1[] = "Speed: 60r/min";
unsigned char code str2[] = "Mode2:+zhuan";
unsigned char code str3[] = "Speed:120r/min";
unsigned char code str4[] = "Mode3:-zhuan";
unsigned char code str5[] = "Speed:60r/min";
unsigned char code str6[] = "Mode4:Turn 90";
unsigned char code str7[] = "";
unsigned char code str8[] = "Mode5:dian dong";
unsigned char code str9[] = ""; //显示数据缓冲区
unsigned char code moto[]={0x0D,0x07,0x0E,0x0B};
unsigned char th,tl,status=1; // th ，tl 定时器T0初始值中间变量，status, 正反转标识变量
char j=0;
unsigned char *p,*t; //lcd显示数据的中间指针变量
unsigned char keyValue,keyNum=0; //键值变量
void InitLcd1602();
void LcdShowStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str);
void Read_Busy();
void Lcd1602_Write_Cmd(unsigned char cmd);
void Lcd1602_Write_Data(unsigned char dat);
void LcdSetCursor(unsigned char x,unsigned char y); //1602操作函数声明
void Delay10ms(unsigned int c); //延时子程序
unsigned char Key_Scan(); //键盘扫描
void main()
{
unsigned char n;
IP=0X01; //INT0中断优先
EA=1;
ET0=1;
EX0=1; //中断开关
IT0=1; //INT0中断方式，边缘触发方式，这种方式下中断请求标志位IE0可自动清零
TMOD=0X01; //T0按方式1定时
InitLcd1602(); //LCD初始化
while(1)
{
P1_6=K1&K2&K3&K4&K5; //产生外中断int0的中断信号（由于没有与门，中断信号由软件产生
if(keyNum==4)
{
for(n=0;n
{
MOTO=moto[j++];
if(j>3)
j=0;
Delay10ms(1);
}
keyNum=0;
}
if(keyNum==5)
{
MOTO=moto[j++];
j&=0x03; //等价于：j=4时，j=0
keyNum=0;
}
}
}
void t0() interrupt 1
{ TH0=th;TL0=tl;
if(status==1) //正传
{
MOTO=moto[j];
j++;
if(j>3)
j=0;
}
if(status==0) //反转
{
MOTO=moto[j];
j--;
if(j
j=3;
}
}
void int_0() interrupt 0
{
Key_Scan(); //扫描键盘
keyNum= keyValue;
switch(keyNum)
{
case 1:
{
TR0=1; //启动定时器T0 status=1; //正传
th=0x3C; tl=0xB0; p=str0; t=str1; break; }; case 2: { TR0=1; //同上 status=1; th=0x9E; tl=0x58; p=str2; t=str3; break; }; case 3: { TR0=1; //............ status=0; //反转 th=0x3C; tl=0xB0; p=str4; t=str5; K3=1; break; }; case 4: { TR0=0; //关闭定时器T0 p=str6; t=str7; break; }; case 5: { TR0=0; //............. p=str8; t=str9; break; } } TH0=th;TL0=tl;
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
LcdShowStr(0,0,p);
LcdShowStr(0,1,t);
}
unsigned char Key_Scan() //键盘扫描
{
unsigned char i;
if (K1==0)
{
Delay10ms(1); //消除抖动
if (K1==0) //再次检测按键是否按下
{
keyValue = 1;
i = 0;
while ((i
Delay10ms(1);
i++;
}
}
}
if (K2==0)
{
Delay10ms(1); //消除抖动
if (K2==0) //再次检测按键是否按下
{
keyValue = 2;
i = 0;
while ((i
Delay10ms(1);
i++;
}
}
}
if (K3==0)
{
Delay10ms(1); //消除抖动
if (K3==0) //再次检测按键是否按下
{
keyValue = 3;
i = 0;
while ((i
{
Delay10ms(1);
i++;
}
}
}
if (K4==0)
{
Delay10ms(1); //消除抖动
if (K4==0) //再次检测按键是否按下
{
keyValue=4;
i = 0;
while ((i
{
Delay10ms(1);
i++;
}
}
}
if (K5==0)
{
Delay10ms(1); //消除抖动
if (K5==0) //再次检测按键是否按下
{
keyValue = 5;
i = 0;
while ((i
{
Delay10ms(1);
i++;
}
}
}
return 0;
}
void Delay10ms(unsigned int c) //延时
{
unsigned char a, b;
for (;c>0;c--)
{
for (b=30;b>0;b--)
{
for (a=100;a>0;a--);
}
}
}
//1602看不懂的话对照PDF 文档
void Read_Busy() //忙检测函数，判断bit7是0，允许执行；1禁止 {
unsigned char sta; //
LCD1602_DB = 0xff;
LCD1602_RS = 0;
LCD1602_RW = 1;
do
{
LCD1602_EN = 1;
sta = LCD1602_DB;
LCD1602_EN = 0; //使能，用完就拉低，释放总线
}while(sta & 0x80);
}
void Lcd1602_Write_Cmd(unsigned char cmd) //写命令
{
Read_Busy();
LCD1602_RS = 0;
LCD1602_RW = 0;
LCD1602_DB = cmd;
LCD1602_EN = 1;
LCD1602_EN = 0;
}
void Lcd1602_Write_Data(unsigned char dat) //写数据
{
Read_Busy();
LCD1602_RS = 1;
LCD1602_RW = 0;
LCD1602_DB = dat;
LCD1602_EN = 1;
LCD1602_EN = 0;
}
void LcdSetCursor(unsigned char x,unsigned char y) //坐标显示
{
unsigned char addr;
if(y == 0)
addr = 0x00 + x;
else
addr = 0x40 + x;
Lcd1602_Write_Cmd(addr|0x80);
}
void LcdShowStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str) //显示字符串
{
LcdSetCursor(x,y); //当前字符的坐标
while(*str != '\0')
{
Lcd1602_Write_Data(*str++);
}
}
void InitLcd1602() //1602初始化
{
Lcd1602_Write_Cmd(0x38); //打开，5*8,8位数据
Lcd1602_Write_Cmd(0x0c);
Lcd1602_Write_Cmd(0x06);
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
}
附录【二】参考文献
[1]段晨东，《单片机原理及接口技术[》[M].清华大学出版社 2008.7第一版
[2]刘宝延，程树康，《步进电机及其驱动控制系统》 [M].1997年11月第一版
[3]王守中，聂元铭 ，《51单片机开发入门与典型事例》. 人民邮电大学出版社2009.10第二版
[4]史敬灼，《步进电动机伺服控制技术》[M].2007年3月第二版
单片机综合设计实验
题目：
步进电动机综合控制
学
院
计算机科学与信息工程学院
专业年级 实验组员 指导教师 日 期
2013 级自动化三班
职称 2013--12-30
目录
摘要.............................................................................. 一 概述..................................................................
1.1 实验目的................................................................... 1.2 实验内容与要求..................................................... 1.3 步进电机的介绍................................................ 1.4 研究的思路.........................................................
二 硬件设计..............................................
2.1 51 单片机介绍................................................... 2.2 LCD1602 液晶显示介绍 2.3 uln2003 步进电机驱动介绍
三 相关图像...................................................
3.1 总电路图................................................. 3.2 程序流程图.................................................. 3.2.1 控制框图 3.2.2 流程图
四 调试结果及分析.......................................... 五 设计总结及心得体会................................................ 附录【1】系统程序............................................... 附录【2】参考文献........................................................
【摘要】
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 本实验利用 8051 单片机达到控制步进电机的启动、停止、正转、反转、点动、 转过指定角度、状态显示和数据指示的目的，使步进电机控制更加灵活。整个系 统有 80C51 单片机控制系统，由 uln2003 驱动电路驱动，键盘控制电路，LCD 液 晶显示电路。用 51 单片机控制两相四线步进电动机，在非超载情况下，电机的 转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和个数，而不受负载的影响，给电机 一个脉冲信号，电机则转过一个步距角，通过控制脉冲个数可以控制角位移量， 从而达到控制位的作用， 同时通过控制脉冲的相序来改变步进电机的转向，从而 达到控制正反相的作用。本次采用 51 单片机为核心器件来控制步进电机，系统 的实用性较强。
关键字： 51 单片机；步进电动机；脉冲；LCD1602
1.1 实验目的：
1，单片机对步进电动机控制可以熟悉步进电机的控制与原理运用。 2，单片机对步进电动机控制可以熟悉步进电机结构及各种工作方式。 3，通过本次实验可以运用所学单片机理论知识，专业技能来对实际问题进行 分析，思考，解决，提高对专业知识的掌握和锻炼逻辑思维能力。
1.2 设计内容与要求：
1、任务介绍：实现步进电机按规定的速度正转、反转，转过指定的角度，要有 点动功能。 所有命令通过键盘输入， 步进电机在运行过程中要有状态和数据指示。 2、每套设计文档应包括： 系统原理说明、程序框图、电路原理图和程序清单。
1.3 步进电机的介绍
1.3.1 相关的技术指标： a、相数：指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相 步进电机，本实验用的是二相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同。 b、步距角：表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。本 实验程序运行前要先测量步进电机的步距角。 （本开发板上已测步进电机步距角 为 18 度） c、拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过 一个齿距角所需脉冲数。也就是说本步进电机每转一周需要 20 个脉冲。本实验 用 2 相 4 拍运行方式双四拍工作方式： * *; 正转：A/B AB AB/ A/B/ * * 反转：A/B/ AB/ AB A/B
该实验板上步进电机内部结构图如图一
1.3.2 工作原理： 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 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； 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。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。 1.3.3 步进电机的驱动：
步进电机的驱动可以选用专用的电机驱动模块，比如 L298、FT5754 等，这类驱 动模块接口简单，操作方便，它们既可以驱动步进电机，同时也可以驱动直流电 机。但本实验使用 ULN2003 驱动电路驱动步进电机运转。 1.4 研究的思路 1 了解单片机本身内部应有的资源，如：中断，定时器，计数器，I\O 的使用。 2 了解步进电机的工作原理和作用。 3 根据步进电机的原理，分析并分配单片机内部资源，并根据单片机的资源， 来实现 硬件电路的设计以及软件程序的编写。 4 遇到自己所学知识不懂或不熟悉的东西，查阅资料探究明白。 5 在设计好单片机控制步进电动机时，要学会分析电路中出现的问题，并且好 好总结。
二 硬件设计 2.1 51 单片机介绍
AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8 位微 处理器，俗称单片机。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与 工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存 储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，为很多嵌入式 控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 其引脚图如下所 示 。 1．主要特性： ·与 MCS-51 兼容 ·4K 字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 ·全静态工作：0Hz-24Hz ·三级程序存储器锁定 ·128*8 位内部 RAM ·32 可编程 I/O 线 ·两个 16 位定时器/计数器 ·5 个中断源 ·可编程串行通道 ·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路
2．2．管脚说明：
VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口， 每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存 储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输 入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器 能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 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，其管脚被内部上拉电阻拉高， 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。这是 由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器 进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优 势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的 内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘 故。 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚 备选功能
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） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） 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。 ALE/PROG： 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位 字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的 频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输 出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳 过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只 有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微 处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。
51 单片机内部结构图
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器 （0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内 部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程 期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。
4．芯片擦除： 整个 PEROM 阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合， 并 保持 ALE 管脚处于低电平 10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1” 且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51 设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种 软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU 停止工作。但 RAM，定时器，计数器， 串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存 RAM 的内容并且冻结振荡器，禁 止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 5．MCS-51 单片机是美国 INTE 公司于 1980 年推出的产品， 典型产品有 8031 （内 部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051（芯片采用 HMOS， 功耗是 630mW，是 89C51 的 5 倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和 8751 等通 用产品，一直到现在， MCS-51 内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比 如目前流行的 89S51、已经停产的 89C51 等），各高校及专业学校的培训教材仍 与 MCS-51 单片机作为代表进行理论基础学习。 有些文献甚至也将 8051 泛指 MCS-51 系列单片机，8051 是早期的最典型的 代表作，由于 MCS-51 单片机影响极深远，许多公司都推出了兼容系列单片机， 就是说 MCS-51 内核实际上已经成为一个 8 位单片机的标准。 其他的公司的 51 单片机产品都是和 MCS-51 内核兼容的产品而以。同样的 一段程序， 在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的， 如 ATMEL 的 89C51 （已经停产）、89S51， PHILIPS（菲利浦），和 WINBOND（华邦）等，我们常 说的已经停产的 89C51 指的是 ATMEL 公司的 AT89C51 单片机，同时是在原基础 上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由 Flash（程序存储器的内容至少可以 改写 1000 次）存储器取带了原来的 ROM（一次性写入），AT89C51 的性能相对于 8051 已经算是非常优越的了。
2.2 LCD1602 液晶显示介绍
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在
袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。 这里介绍的字符型液晶模块是一种用 5x7 点阵图形来显示字符的液晶 显示器， 根据显示的容量可以分为 1 行 16 个字、 2 行 16 个字、 2 行 20 个字等等， 这 里 以 常 用 的 2 行 16 个 字 的 DM-162 液 晶 模 块 来 介 绍 它 的 编 程 方 法
*
a. 1602LCD 主要技术参数： 显示容量:16×2 个字符 芯片工作电压:4.5—5.5V 工作电流:2.0mA(5.0V) 模块最佳工作电压:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm b. 1602 液晶模块引脚功能 1602LCD 采用标准的 14 脚(无背光)或 16 脚(带背光)接口，各引脚接口说明如下表所示:
编号 1 2 3 4 5 6 7 8
符号 VSS VDD VL RS R/W E D0 D1
引脚说明 电源地 电源正极 液晶显示偏压 数据/命令选择 读/写选择 使能信号 数据 数据
编号 9 10 11 12 13 14 15 16
符号 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK
引脚说明 数据 数据 数据 数据 数据 数据 背光源正极 背光源负极
1602 液晶模块引脚说明： 第 1 脚：VSS 为地电源。 第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度 过高时会 “鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS 和 R/W 共同 为低电平时可以写入指令或者显示地址， 当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号， 当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～14 脚：D0～D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。 3. 1602LCD 的指令说明及时序 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如下表所示： 序号 指令 1 2 3 4 5 清显示 光标返回 置输入模式 显示开/关控制 光标或字符移位 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 D2 D1 D0 0 0 1 D 0 1 1 *
I/D S C B *
S/C R/L *
6 7 8 9 10 11
置功能 置字符发生存贮器地址 置数据存贮器地址 读忙标志或地址 写数到 CGRAM 或 DDRAM) 从 CGRAM 或 DDRAM 读数
0 0 0 0 1 1
0 0 0 1 0 1
0 0 1
0 1
1
DL N
F
*
*
字符发生存贮器地址
显示数据存贮器地址
BF 计数器地址 要写的数据内容 读出的数据内容
1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。(说明：1 为高电平、 0 为低电平) 指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。 指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。 指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字 是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4： 显示开关控制。 D： 控制整体显示的开与关， 高电平表示开显示， 低电平表示关显示 C： 控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪 烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。 指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显 示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8：DDRAM 地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数 据，如果为低电平表示不忙。 （注意每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态） 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。
2.3 ULN2003步进电机驱动介绍 ULN是集成达林顿管IC ，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装,NPN 晶体管矩阵, 最大驱动电压=50V,电流=500mA, 输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。 ULN是集成达林顿管IC, 内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管, 它的输出端允许通过电流为200mA ，饱和压降VCE 约1V 左右，耐压BVCEO 约为36V 。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K 的电阻较为合适，同时，COM 引脚应该悬空或接电源。ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，但独每个单元驱动电流最大可达350mA. 资料的最后有引用电路，9脚可以悬空。 比如1脚输入，16脚输出，负载接在VCC 与16脚之间，不用9脚。
2.3.1 ULN2003的作用：
ULN2003是大电流驱动阵列, 多用于单片机、智能仪表、PLC 、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。 输入5VTTL 电平，输出可达500mA/50V。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列, 由七个硅NPN 达林顿管组成。 ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻, 在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路 直接相连, 可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品, 具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点, 适应于各类要求高速大功率驱动的系统。
2.3.2 ULN2003A功能及引脚图:
功能：ULN2003 是高耐压、大电流、内部由七个硅NPN 达林顿管组成的驱动芯片。 经常在以下电路中使用，作为显示驱动、继电器驱动、照明灯驱动、电磁阀驱动、伺服电机、步进电机驱动等电路中。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻, 在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA ，并且能够在关态时承受 50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003 的封装采用DIP —16 或SOP —16 。ULN2003可以驱动7个继电器, 具有高电压输出特性，并带有共阴极的续流二极管使器件可用于开关型感性负载。每对达林顿管的额定集电极电流是500mA ，达林顿对管还可并联使用以达到更高的输出电流能力。
显示电路主要包括大型LED 数码管BSI20-1(共阳极，数字净高12 cm)和高电压大电流驱动器ULN2003，大型LED 数码管的每段是由多个LED 发光二极管串并联而成的，因此导通电流大、导通压降高。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列电路，他具有7个独立的反相驱动器，每个驱动器的输出灌电流可达500 mA，导通时输出电压约1 V，截止时输出电压可达50 V。ULN2003的1～7脚为信号输入脚，依次对应的输出端为16～10脚，8脚为接地端。当驱动电源电压为+12 V时，若要求数码管每段导通电流为40 mA，则每段的限流电阻为50Ω。则一块ULN2003恰好驱动一个LED 数码管的7段。大数码管采用共阳极接法，低电平
有效。锁存器输出的电平经NPN 三极管9014反相后，再由ULN2003放大后推动
大数码管显示
三 相关图像
3.1 总电路图
上图是protues 的电路图 ，由于我们开发板上没有74HD09和74HC21与门，于是我们在实际开发板上采用软件实现中断信号的产生及K1,K2，K3，K4，K5相与后赋值给P1.6输出口再于外部中断口INTO 的P3.2相连实现外部中断。
3.2.1 控制框图
四 调试结果及分析
1，打开文件，进行编译，确认无误后，点击工具栏中的运行工具。 2，准备调试
3，调入文件到硬件中，开始调试硬件电路，点击运行，电路正常连接。
4，从键盘输入，按正转电机正转运行。
5，从键盘输入，按反转电机反转运行。
6，从键盘输入，按点动，电机点一下转过一个步距角。 7，从键盘输入，按角度转变，电机转过设定角度。
调试完毕，通过键盘可以控制电机的按照预先设置的转速，转向，点动，转过一定角度等功能的运行。所得的结果与理论设计的运行结果相同。调试成功。
设计总结及心得体会 刚接触到设计的时候确实很难着手，不知道该重什么地方下手。主要是理论的学习是空洞的，而且并不是那么熟练。本次设计我们采用的是51单片机对两相四线步进电机进行控制，通过改变相序可以改变电机的转向，通过键盘的按键可以控制电机的正转，
反转，点动等动能。所运行的角度，速度通过LCD1602给以显示。通过调试和运行得到了正确的预期结果。
刚开始就像大海捞针一样，通过上网查阅资料，图书馆借阅文献查询。慢慢开始对我们的设计有了了解，逐步开始了进行，确实发现了很多问题 ，如怎样设置中断，慢慢的感觉懂了一些，问题也一步一步的解决。花了不少时间，有的时候困难来了，我们确实想放弃不管了，最后还是坚持了下来。实在不懂的请教了同学老师，相互探讨下最终解决了一些列问题。这过程让我们很有成就感，感悟到了学习的乐趣。当然还是有些问题需要进一步深究，做的也不是很好，但肯定会坚持学习下去。
通过这次课程设计，不但了解了怎样设计课程设计的方法，更是将书本的知识运用到现实中。深刻加深了对单片机的理解，以及端口的相应功能与接线。
最后次实验有我们六个人合作完成的，通过本次试验，我们收获了很多，懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。并且巩固以前所学过的知识，而且学到很多在书本上所没有学到过的知识。
附录【一】系统设计程序
#include
#define LCD1602_DB P0
#define MOTO P1
sbit K1 = P2^0;
sbit K2 = P2^1;
sbit K3 = P2^2;
sbit K4 = P2^3;
sbit K5 = P2^4;
sbit P1_6 = P1^6;
sbit LCD1602_RS = P2^6;
sbit LCD1602_RW = P2^5;
sbit LCD1602_EN = P2^7; //1602控制中线
unsigned char code str0[] = "Mode1:+zhuan";
unsigned char code str1[] = "Speed: 60r/min";
unsigned char code str2[] = "Mode2:+zhuan";
unsigned char code str3[] = "Speed:120r/min";
unsigned char code str4[] = "Mode3:-zhuan";
unsigned char code str5[] = "Speed:60r/min";
unsigned char code str6[] = "Mode4:Turn 90";
unsigned char code str7[] = "";
unsigned char code str8[] = "Mode5:dian dong";
unsigned char code str9[] = ""; //显示数据缓冲区
unsigned char code moto[]={0x0D,0x07,0x0E,0x0B};
unsigned char th,tl,status=1; // th ，tl 定时器T0初始值中间变量，status, 正反转标识变量
char j=0;
unsigned char *p,*t; //lcd显示数据的中间指针变量
unsigned char keyValue,keyNum=0; //键值变量
void InitLcd1602();
void LcdShowStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str);
void Read_Busy();
void Lcd1602_Write_Cmd(unsigned char cmd);
void Lcd1602_Write_Data(unsigned char dat);
void LcdSetCursor(unsigned char x,unsigned char y); //1602操作函数声明
void Delay10ms(unsigned int c); //延时子程序
unsigned char Key_Scan(); //键盘扫描
void main()
{
unsigned char n;
IP=0X01; //INT0中断优先
EA=1;
ET0=1;
EX0=1; //中断开关
IT0=1; //INT0中断方式，边缘触发方式，这种方式下中断请求标志位IE0可自动清零
TMOD=0X01; //T0按方式1定时
InitLcd1602(); //LCD初始化
while(1)
{
P1_6=K1&K2&K3&K4&K5; //产生外中断int0的中断信号（由于没有与门，中断信号由软件产生
if(keyNum==4)
{
for(n=0;n
{
MOTO=moto[j++];
if(j>3)
j=0;
Delay10ms(1);
}
keyNum=0;
}
if(keyNum==5)
{
MOTO=moto[j++];
j&=0x03; //等价于：j=4时，j=0
keyNum=0;
}
}
}
void t0() interrupt 1
{ TH0=th;TL0=tl;
if(status==1) //正传
{
MOTO=moto[j];
j++;
if(j>3)
j=0;
}
if(status==0) //反转
{
MOTO=moto[j];
j--;
if(j
j=3;
}
}
void int_0() interrupt 0
{
Key_Scan(); //扫描键盘
keyNum= keyValue;
switch(keyNum)
{
case 1:
{
TR0=1; //启动定时器T0 status=1; //正传
th=0x3C; tl=0xB0; p=str0; t=str1; break; }; case 2: { TR0=1; //同上 status=1; th=0x9E; tl=0x58; p=str2; t=str3; break; }; case 3: { TR0=1; //............ status=0; //反转 th=0x3C; tl=0xB0; p=str4; t=str5; K3=1; break; }; case 4: { TR0=0; //关闭定时器T0 p=str6; t=str7; break; }; case 5: { TR0=0; //............. p=str8; t=str9; break; } } TH0=th;TL0=tl;
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
LcdShowStr(0,0,p);
LcdShowStr(0,1,t);
}
unsigned char Key_Scan() //键盘扫描
{
unsigned char i;
if (K1==0)
{
Delay10ms(1); //消除抖动
if (K1==0) //再次检测按键是否按下
{
keyValue = 1;
i = 0;
while ((i
Delay10ms(1);
i++;
}
}
}
if (K2==0)
{
Delay10ms(1); //消除抖动
if (K2==0) //再次检测按键是否按下
{
keyValue = 2;
i = 0;
while ((i
Delay10ms(1);
i++;
}
}
}
if (K3==0)
{
Delay10ms(1); //消除抖动
if (K3==0) //再次检测按键是否按下
{
keyValue = 3;
i = 0;
while ((i
{
Delay10ms(1);
i++;
}
}
}
if (K4==0)
{
Delay10ms(1); //消除抖动
if (K4==0) //再次检测按键是否按下
{
keyValue=4;
i = 0;
while ((i
{
Delay10ms(1);
i++;
}
}
}
if (K5==0)
{
Delay10ms(1); //消除抖动
if (K5==0) //再次检测按键是否按下
{
keyValue = 5;
i = 0;
while ((i
{
Delay10ms(1);
i++;
}
}
}
return 0;
}
void Delay10ms(unsigned int c) //延时
{
unsigned char a, b;
for (;c>0;c--)
{
for (b=30;b>0;b--)
{
for (a=100;a>0;a--);
}
}
}
//1602看不懂的话对照PDF 文档
void Read_Busy() //忙检测函数，判断bit7是0，允许执行；1禁止 {
unsigned char sta; //
LCD1602_DB = 0xff;
LCD1602_RS = 0;
LCD1602_RW = 1;
do
{
LCD1602_EN = 1;
sta = LCD1602_DB;
LCD1602_EN = 0; //使能，用完就拉低，释放总线
}while(sta & 0x80);
}
void Lcd1602_Write_Cmd(unsigned char cmd) //写命令
{
Read_Busy();
LCD1602_RS = 0;
LCD1602_RW = 0;
LCD1602_DB = cmd;
LCD1602_EN = 1;
LCD1602_EN = 0;
}
void Lcd1602_Write_Data(unsigned char dat) //写数据
{
Read_Busy();
LCD1602_RS = 1;
LCD1602_RW = 0;
LCD1602_DB = dat;
LCD1602_EN = 1;
LCD1602_EN = 0;
}
void LcdSetCursor(unsigned char x,unsigned char y) //坐标显示
{
unsigned char addr;
if(y == 0)
addr = 0x00 + x;
else
addr = 0x40 + x;
Lcd1602_Write_Cmd(addr|0x80);
}
void LcdShowStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *str) //显示字符串
{
LcdSetCursor(x,y); //当前字符的坐标
while(*str != '\0')
{
Lcd1602_Write_Data(*str++);
}
}
void InitLcd1602() //1602初始化
{
Lcd1602_Write_Cmd(0x38); //打开，5*8,8位数据
Lcd1602_Write_Cmd(0x0c);
Lcd1602_Write_Cmd(0x06);
Lcd1602_Write_Cmd(0x01); //清屏
}
附录【二】参考文献
[1]段晨东，《单片机原理及接口技术[》[M].清华大学出版社 2008.7第一版
[2]刘宝延，程树康，《步进电机及其驱动控制系统》 [M].1997年11月第一版
[3]王守中，聂元铭 ，《51单片机开发入门与典型事例》. 人民邮电大学出版社2009.10第二版
[4]史敬灼，《步进电动机伺服控制技术》[M].2007年3月第二版