单片机与控制实验（4）——步进电机原理及应用

一、实验目的和要求

　　了解步进电机的工作原理，学习用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法，掌握定时器和中断系统的应用，熟悉单片机应用系统的设计与调试方法。

二、实验设备

　　单片机测控实验系统
　　步进电机控制实验模块
　　Keil开发环境
　　STC-ISP程序下载工具

三、实验内容

　　编制MCS-51程序使步进电机按照规定的转速和方向进行旋转，并将已转动的步数显示在数码管上。

　　步进电机的转速分为两档，当按下S1开关时，加速旋转，速度从10转/分加速到60转/分。当松开开关时，减速旋转，速度恢复为10转/分。当按下S2开关时，按照逆时针旋转；当松开时，按照顺时针旋转。

　　本程序要求使用定时器中断来实现，不准使用程序延时的方式。

四、实验步骤

1、 预习

　　参考辅助材料，学习C51编程语言使用和步进电机原理。

2、 简单程序录入和调试

（1）关于C51的中断

　　本程序需要使用定时器定时，并使用中断来同步。中断程序的典型例子如下：
　　格式：void 函数名()interrupt 中断号 using 工作组
　　{
　　中断服务程序内容
　　}
　　注意：中断不能返回任何值，所以前面是 void 后面是函数名，名字可以自己起，但不要与c语言的关键字相同；中断函数不带任何参数，所以 函数名后面的（）内是 空的，中断号是指单片机的几个中断源的序号。这个序号是单片机识别不同中断的唯一标志。所以一定要写正确。
　　后面的using 工作组 是指这个这个中断使用单片机内存中 4 个工作寄存器的哪一组，c51 编译后会自动分配工作组，因此最后这句话我们通常省略不写。

c51 中断写法实例：
　　void T1-time() interrupt 3
　　{
　　TH1=(65536-50000)/256;
　　TL1=（65536-50000）%256;
　　}
　　上面的意思是定时器 1 的中断服务程序，定时器 1 的中断服务序号是 3 ，因此我们要写成 interrupt 3 ，服务程序的内容是给 两个初值寄存器装入新值。。
　　写中断前的准备：

　　A、TMOD 赋值 确定工作方式。T0 还是T1 的工作方式。
　　B、计算初值 装入 TH0 TL0 或者 TH1 TL1
　　C、中断方式时 ，对 IE 赋值，开放中断。
　　D、使 TR0 和 TR1 置位，启动定时器/计数器 定时/计数。

（2）关于定时器中断的赋值

　　使用定时器时，首先应由外部条件得到要定时的时间长度t，如本实验中，就是根据要求的速度计算出的每一步之间的间隔。然后选择适当的定时器工作方式，去计算想要设定的计数器初值s，使用如下方程：

　　（2定时器最大位数 － s）× 定时周期 =t 【定时周期 = 12/CPU晶振频率】

　　得到的s需要分成高8位和低8位，分别放入计数器THx和TLx中（x为0或1）。如果s为负数，说明需要的定时时间太长，即使定时器的最大时间也无法满足要求。这种情况下，需要加入软件循环才能实现。我们可以将需要的定时时间分成n份，利用定时器达到t/n的时间长度，然后在定时器处理程序中，累计某一变量，如果到达n，说明总的时间t已经达到。

　　要想使用定时器中断，除了上面的定时器初值设定外，还需要将其他相关的特殊功能寄存器也都设置好。如果使用方式0和方式1，不要忘记在计数结束后重新恢复计数器初值。

3、 程序调试

　　用单步、断点、连续方式调试程序，观察状态指示灯及电机状态，检查运行结果。如果需要，可以将四个输出信号的状态同时输出到P0口的某些位上，便于观察。

4、 编写程序，完成功能

五、实验原理

1、我们使用的单片机系统的频率是12M；步进电机转动一周需要24步。

2、本步进电机实验板，使用FAN8200作为驱动芯片。CPU通过如下4个引脚与FAN8200相连，即：

3、本实验使用简单的双四拍工作模式即可，这也是FAN8200比较方便的工作方式。只要将CE1和CE2分别置为高，然后IN1和IN2按照预定的脉冲输出，即01->11->10->00->01这个循环构成一个方向旋转的输出脉冲，将此序列翻转，就是相反方向的输出脉冲。

六、实验代码

1 #include

2 typedef unsigned int uint;

3 sfr P4=0xC0;

4 sfr P4SW=0xBB;

5

6 sbit s1=P3^6;

7 sbit s2=P3^7;

8 sbit CE1=P1^1;

9 sbit CE2=P1^4;

10 sbit IN1=P3^2;

11 sbit IN2=P1^0;

12 sbit CLK=P4^4;

13 sbit DAT=P4^5;

14

15 uint count=0; //用于计已转动的步数

16 int flag=0; //用于给IN1、IN2传值

17 //二极管显示码，存放在code区

18 uint code tab[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};

19 int main()

20 {

21 P4SW=0x70;

22 TMOD=0x01;

23 EA=1;

24 ET0=1;

25 TR0=1;

26 CE1=CE2=1;

27

28 while(1);

29 }

30 void rotateShun(int flag)

31 {

32 //01 11 10 00

33 switch(flag)

34 {

35 case 0: IN1=0;

36 IN2=1;

37 break;

38 case 1: IN1=1;

39 IN2=1;

40 break;

41 case 2: IN1=1;

42 IN2=0;

43 break;

44 case 3: IN1=0;

45 IN2=0;

46 break;

47 }

48 }

49 /*01 11 10 00

50 * 反方向输出为

51 * 00 10 11 01

52 * 摁下按键后，需向后走一位，所以为

53 * 10 11 01 00

54 */

55 void rotateNi(int flag)

56 {

57 //10 11 01 00

58 switch(flag)

59 {

60 case 0: IN1=1;

61 IN2=0;

62 break;

63 case 1: IN1=1;

64 IN2=1;

65 break;

66 case 2: IN1=0;

67 IN2=1;

68 break;

69 case 3: IN1=0;

70 IN2=0;

71 break;

72 }

73 }

74

75 void show(uint cnt){ //显示一个数字

76 uint m, c,n;

77 m = tab[cnt];

78 for (n = 0; n < 8; n++){

79 CLK = 0;

80 //按位逻辑与，和1000 0000与，最高位保留，其他位置0，此处也可以与0x80比较大小来判断

81 c= m & 0x80; //每次取一位，送往DAT

82 if(c==0)

83 DAT=0;

84 else

85 DAT=1;

86 CLK = 1;

87 m<<= 1;

88 }

89 }

90

91 void display(uint cnt){ //显示

92 show(cnt%10); //个位

93 cnt /= 10;

94 show(cnt%10); //十位

95 show(cnt/10); //百位

96 }

97

98 void timeInt0() interrupt 1

99 {

100 if(s1==1)

101 {

102 /*不按s1，10r/min=240pace/min=960次/min，

103 *即每分钟给IN1和IN0送值960次，每次间隔60/960=0.0625s=62.5ms

104 */

105 TH0=(65536-62500)/256;

106 TL0=(65536-62500)%256;

107 if(s2==1)

108 {

109 rotateShun(flag);

110 }

111 if(s2==0)

112 {

113 rotateNi(flag);

114