基于51单片机的步进电机调速系统(含完整代码)

课程设计报告

设计题目：遥控小车

——基于51单片机的步进电机调速系统学院：

专业：

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成绩：

指导教师：

华南农业大学

理学院应用物理系

课程设计（报告）任务书

学生姓名指导教师职称

学生学号

专业电子信息科学与技术

题目基于51单片机的步进电机调速系统（遥控小车）

任务与要求

1.设计并制作电路，利用单片计控制步进电机运转。

2.通过键盘可以不间断地设定改变电机的转速、转向。

3.利用显示器实时显示转速等参数。

4.扩展功能：可设定转动步数。

开始日期2014年3 月完成日期2014年3 月

1引言

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。目前，步进机已经广泛应用于领域，例如工业生产中的机械臂的控制，照明装置和监控摄像机转动等。步进机在装置转动、精确位移方面有很重大的作用。

本系统是基于STC89C51 单片机的遥控小车。采用STC89C51单片机作为控制核心，通过ULN2003A驱动步进机（28BYJ-48）转动，由按键和显示屏1602组成人机交互模块，同时通过315M无线发射和接收模块向单片机输入控制信号，将整个系统固定于简易小车上，最终实现小车测试和远程遥控功能。基本达到预定的设计要求以及功能的扩展。

2系统的设计与理论分析

2.1系统总体设计

2.2理论分析

本设计分为两种工作模式：测试模式、遥控模式。在电路板上有一个带锁的开关进行设置。

测试模式工作时，通过控制小车上的按键进行加速、减速、反转、设置、步数增、步数减等按键，单片机扫描按键，通过软件控制液晶模块显示对应的转速、设置的速度和步数，同时控制步进机模块进行相应的转动。

步进机的是由ULN2003A达林顿管驱动，由单片机控制输入脉冲的频率来控制步进机的转速，单片机是通过程序查表对4个I/O口输出脉冲，本次设计采用的是两相四线减速步进机，步进角为5.625°，减速比为64:1，程序采用的是8拍查表，具有较好的扭矩。

遥控模式工作时，遥控部分五个按键分别输入前、后、左、右、暂停，单片机扫描按键，通过无线发射模块发射串行编码，小车的无线接收模块接收对应的编码，送至单片机进行解码，从而控制液晶模块的显示和步进机模块的工作，进而完成功能。

设定单通道无线收发模块通信协议为：

下降沿：1ms的高电平，随后500us的低电平。

起始位：4ms的高电平，随后4ms的低电平。

数据1：2ms的高电平，随后500us的低电平。

数据0：1ms的高电平，随后500us的低电平。

结束位：4ms的低电平。

发送指令程序为：{下降沿，起始位，3个数据位，结束位}

发送编码为：右转：000

前进：001

后退：010

左转：011

接收程序通过触发外部中断1来接受信号，当P3.3口收到下降沿信号是即开始接收数据。

3硬件系统设计

3.1总体电路图

3.2单片机最小系统

本次设计采用的是两相四线减速步进电机，步进角为5.625°，减速比为64:1采用ULN2003达林顿管驱动。

3.4液晶显示模块

液晶显示模块采用LCD1602显示屏。

3.6遥控器部分

4软件系统设计

4.1主函数

4.2遥控模式程序

4.3测试模式程序

4.4键盘扫描程序

5系统运行情况分析

打开小车开关后，按下“测试”按键，小车进入测试模式。连续按“加速”按键时，小车轮子转速明显变快；连续按“减速”按键时，小车轮子转速逐渐变慢；按“反转”按键轮子转速反向。按“设置”按键会看到液晶显示屏关标闪烁，按“设置”键使光标移动，按“+”、“-”设置小车速度和步数，再一次按“设置”键，小车会依照这顶要求行驶。

按“测试”按键使其弹起，测试小车进入遥控模式工作时，打开遥控器，分别按下“前”、“后”、“左”、“右”，小车会依照对应的方向行驶，按下“暂停”键时，小车停止。

由此，改系统基本达到设计要求及拓展功能的要求。

不过因为本设计采用的28BYJ-48步进机为减速步进机，转动的上限值比较下，导致小车的行驶效果较慢，这个问题可以通过课后改用其他型号计算机得以解决。

6总结与讨论

经过四个星期的单片机课程设计，终于完成了基于51单片机的步进电机调速系统的设计，基本达到设计要求。同时自己在该系统上扩展无线收发模块，将该系统拓展为遥控小车。在本次设计的过程中，我们组成员进行了热烈讨论及反复的斟酌、修改。首先对需要用到的元器件的参数进行充分的了解，然后在计算机上用Proteus进行了与Keil软件的联动仿真。确认仿真正确看是硬件的焊接与调试。在实验过程中，我们也遇到了许多问题，如步进机转动不起来、液晶屏显示乱码等，但是经过不断的探索、思考、验证，我们最终克服了种种困难，解决了所遇到的问题，成功地完成了这个课程设计。

在这个过程中，除了学习到关于本次设计的一些专业知识、电路焊接实践经验外，同时，大家的刻苦耐劳、团队合作的品质也得到了充分的锻炼。

图1 遥控小车

图2 遥控器

附2：参考文献

[1] 李朝青. 单片机原理及接口技术[M].第3版. 北京航空航天大学出版社, 2005.

[2] 杨素行. 模拟电子技术基础简明教程[M]. 第三版. 高等教育出版社, 2006.

A.庞明辕：电路焊接、单片机编程、电路调试、辅助完成设计报告。

B.杜烁：电路焊接、单片机编程、辅助方案改进、辅助完成设计报告。

C.汤安琪：电路焊接、数据采集、完成设计报告。

附4：元器件清单表格

评语：

成绩：

附：程序代码：

/**********************单片机课程设计C语言程序************************ 题目：基于步进机的小车

成员：汤安琪、庞明辕、杜烁。

日期：2014-3-1

******************************************************************/

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit a = P1^0; //反向

sbit b = P1^1; //减速

sbit c = P1^2; //加速

sbit d = P1^3; //开关

sbit f = P1^4; //设置

sbit g = P1^5; //加

sbit h = P1^6; //减

sbitlcden = P3^7; //1602使能

sbitlcdrs = P3^6; //1602写命令/数据选择端

sbit trans = P3^3; //射频串行输入端

bitn,p;

uint step,time,flag,flag1,num,snum,setnum,stepnum,count,temp,sum,t,e,j,k,m;

uchar v0,v1,v2,count1,num1,temp1;

uchar code table1[] = {0x11,0x33,0x22,0x66,0x44,0xcc,0x88,0x99}; //左

uchar code table2[] = {0x11,0x99,0x88,0xcc,0x44,0x66,0x22,0x33}; //右

uchar code table3[] = {0x11,0x93,0x82,0xc6,0x44,0x6c,0x28,0x39}; //后

uchar code table4[] = {0x11,0x39,0x28,0x6c,0x44,0xc6,0x82,0x93}; //前

uchar code table5[] = {"SPEED: 000 r/h"};

uchar code table6[] = {"SET:000 STEP:000"};

/*------------------------------------------------

延时程序

------------------------------------------------*/

void delay(uint z)

{

uintx,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=10;y>0;y--);

}

void delay1(uint z) //10us

{

uchara,b,x;

for(x=0;x

for(b=1;b>0;b--)

for(a=2;a>0;a--);

}

/*------------------------------------------------ LCD1602写命令程序

------------------------------------------------*/ voidwrite_com(uchar com)

{

lcdrs = 0;

P0 = com;

delay(5);

lcden = 1;

delay(5);

lcden = 0;

}

/*------------------------------------------------ LCD1602写数据程序

------------------------------------------------*/ voidwrite_dat(uchardat)

{

lcdrs = 1;

P0 = dat;

delay(5);

lcden = 1;

delay(5);

lcden = 0;

}

/*------------------------------------------------ 基于LCD1602的显示程序

------------------------------------------------*/ void display(ucharadd,uchardat)

{

uintbai,shi,ge;

bai = dat/100;

shi = (dat-(dat/100)*100)/10;

ge = dat%10;

write_com(0x80+add);

write_dat(0x30+bai);

write_dat(0x30+shi);

write_dat(0x30+ge);

}

/*------------------------------------------------

小车速度计算程序

------------------------------------------------*/

voidspeed_dis()

{

double n;

if(b == 0)

{

delay(5);

if(b==0)

{

while(!b);

time = time+10;

if(time>=300)

time=300;

}

}

if(c == 0)

{

delay(5);

if(c==0)

{

while(!c);

time = time-10;

if(time<=70)

time=70;

}

}

n = 15*time/1024;

count = 60*n;

}

/*------------------------------------------------

步数执行程序：进入设置模式设置步数，确认后执行。------------------------------------------------*/

voidsteprun()

{

uint m;

m=512*stepnum;

while(m--)

{

uchari;

for(i=0;i<8;i++)

{

P2 = table4[i];

delay1(time);

}

speed_dis();

display(7,count);

if(f==0)

break;

}

}

/*------------------------------------------------

转速设置程序：进入设置模式设置转速确认后执行。

------------------------------------------------*/

voidsetrun()

{

while (1)

{

uchari;

time=(setnum*1024/900);

for(i=0;i<8;i++)

{

P2 = table4[i];

delay(time);

}

if(f==0)

break;

}

}

/*------------------------------------------------

无线电接收解码程序

------------------------------------------------*/

void receive()

{

if(n==1)

{

while(trans==0);

t=0;

EX1=0; //在第一个下降沿关闭外部中断

while(trans==1);

if(t>35&&t<45)

{

t=0;

while(trans==0);

if(t>35&&t<45)

{

t=0;

while(trans==1);

if(t>5&&t<15) //数据0

v0=0;

if(t>15&&t<25) //数据1

v0=4;

while(trans==0);

t=0;

while(trans==1);

if(t>5&&t<15) //数据0

v1=0;

if(t>15&&t<25) //数据1

v1=2;

while(trans==0);

t=0;

while(trans==1);

if(t>5&&t<15) //数据0

v2=0;

if(t>15&&t<25) //数据1

v2=1;

while(trans==0);

t=0;

count1=v0+v1+v2;

switch(count1)

{

case 0:e=0;j=1;k=1;m=1;break; //000

case 1:e=1;j=0;k=1;m=1;break; //001

case 2:e=1;j=1;k=0;m=1;break; //010

case 3:e=1;j=1;k=1;m=0;break; //011

case 4:e=1;j=1;k=1;m=1;p=0;break; //100

}

}

}

}

n=0;

EX1=1;

}

/*------------------------------------------------

控制小车运行程序（前后左右），运行时显示小车的实时

速度。

------------------------------------------------*/ void run()

{

if(flag==0&&flag1==0)

{

if(j==0)

{

uchari,q;

p=1;

while(1)

{

if(n==1)

break;

for(q=0;q<128;q++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2 = table4[i];

delay1(time);

}

}

speed_dis();

display(7,count);

}

}

if(m==0)

{

uchari,q;

p=1;

while(1)

{

if(n==1)

break;

for(q=0;q<128;q++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2 = table1[i];

delay1(time);

}

}

speed_dis();

display(7,count);

}

}

if(k==0)

{

uchari,q;

p=1;

while(1)

{

if(n==1)

break;

for(q=0;q<128;q++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2 = table3[i];

delay1(time);

}

}

speed_dis();

display(7,count);

}

}

if(e==0)

{

uchari,q;

p=1;

while(1)

{

if(n==1)

break;

for(q=0;q<128;q++)

{

for(i=0;i<8;i++)

{

P2 = table2[i];

delay1(time);

}

}

speed_dis();

display(7,count);

}

}

} receive();

}

/*------------------------------------------------ 正转程序

------------------------------------------------*/ void forward()

{

uinti,q;

for(q=0;q<512;q++)

{

if(d==1||a==0)

break;

for(i=0;i<8;i++)

{

P2 = table4[i];

delay1(time);

}

speed_dis();

display(7,count);

}

}

/*------------------------------------------------ 反转程序

------------------------------------------------*/ void reverse()

{

uinti,q;

for(q=0;q<512;q++)

{

if(d==1||a==1)

break;

for(i=0;i<8;i++)

{

P2 = table3[i];

delay1(time);

}

speed_dis();

display(7,count);

}

}

/*------------------------------------------------ 小车停止状态下的测试程序

功能：b增加步进机脉冲周期

c减少步进机脉冲周期，

d为测试开关，

a为反转开关，