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姓名： 張 政

學號： 21180615

實驗目的和要求

初步學習和掌握MCS-51的體系結(jié)構(gòu)和匯編語言，了解Keil編程環(huán)境和程序下載工具的使用方法。

了解步進電機的工作原理，學習用單片機的步進電機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方法，掌握定時器和中斷系統(tǒng)的應用，熟悉單片機應用系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試方法。了解數(shù)碼管輸出的原理及編程方式。

實驗內(nèi)容

編制MCS-51程序使步進電機按照規(guī)定的轉(zhuǎn)速和方向進行旋轉(zhuǎn)，并將已轉(zhuǎn)動的步數(shù)顯示在數(shù)碼管上。

步進電機的轉(zhuǎn)速分為兩檔，當按下S1開關(guān)時，進行快速旋轉(zhuǎn)，速度為60轉(zhuǎn)/分。當松開開關(guān)時，進行慢速旋轉(zhuǎn)，速度為10轉(zhuǎn)/分。當按下S2開關(guān)時，按照順時針旋轉(zhuǎn)；當松開時，按照逆時針旋轉(zhuǎn)。

本程序要求使用定時器中斷來實現(xiàn)，不準使用程序延時的方式。

實驗原理

1、本實驗采用定時器中斷實現(xiàn)，使用定時器時，首先應由外部條件得到要定時的時間長度t，如本實驗中，就是根據(jù)要求的速度計算出的每一步之間的間隔。然后選擇適當?shù)亩〞r器工作方式，去計算想要設(shè)定的計數(shù)器初值 s，使用如下方程。

定時周期 = 12/CPU 晶振頻率

得到的 s 需要分成高 8 位和低 8 位，分別放入計數(shù)器 THx 和 TLx 中（x 為 0 或 1）。如果 s為負數(shù)，說明需要的定時時間太長，即使定時器的最大時間也無法滿足要求。這種情況下， 需要加入軟件循環(huán)才能實現(xiàn)。我們可以將需要的定時時間分成 n 份，利用定時器達到 t/n 的時間長度，然后在定時器處理程序中，累計某一變量，如果到達 n，說明總的時間 t 已經(jīng)達到。

要想使用定時器中斷，除了上面的定時器初值設(shè)定外，還需要將其他相關(guān)的特殊功能寄存器也都設(shè)置好。如果使用方式 0 和方式 1，不要忘記在計數(shù)結(jié)束后重新恢復計數(shù)器初值。

2、我們使用的單片機系統(tǒng)的頻率是 12M；步進電機轉(zhuǎn)動一周需要 24 步。

本步進電機實驗板，使用 FAN8200 作為驅(qū)動芯片。CPU 通過如下 4 個引腳與 FAN8200 相連，即：

3、本實驗使用簡單的雙四拍工作模式即可，這也是 FAN8200 比較方便的工作方式。只要將CE1 和 CE2 分別置為高，然后 IN1 和 IN2 按照預定的脈沖輸出，即 01->11->10->00->01 這個循環(huán)構(gòu)成一個方向旋轉(zhuǎn)的輸出脈沖，將此序列翻轉(zhuǎn)，就是相反方向的輸出脈沖。

4、數(shù)碼管顯示：

本開發(fā)平臺有 3 個數(shù)碼管，使用串行方式連接在一起，具體電路參見實驗原理。要想輸

出一個字形碼，就需要從高位到低位依次向移位寄存器輸出 8 個比特。移位寄存器的數(shù)據(jù)線和時鐘線分別接到單片機的 P4.5 和 P4.4 管腳，可以使用 MCS-51 里面的位操作指令進行輸出。連續(xù)輸出 3 個字形，24 個 bit 之后，欲顯示的字形將穩(wěn)定地顯示在數(shù)碼管上，程序可以轉(zhuǎn)而執(zhí)行其他工作。

七段字形的編碼方式需要通過實驗獲得。這些編碼作為程序中的常數(shù)，使用 DB 命令存放。在程序中，需要將數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應的字形編碼，可以使用 MOVC 指令來完成。

5、74HC164 是高速 CMOS 器件。74HC164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（A 或 B）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。

6、時鐘 (CLK) 每次由低變高時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0，Q0 是兩個數(shù)據(jù)輸入端（A 和

B）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。

7、主復位(CLR)輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。

8、采用 3 個 74HC164 級聯(lián)控制三個數(shù)碼管的顯示，具體實驗原理如下圖所示。其中使用單片機P4.5 作為模擬串口數(shù)據(jù)，使用P4.4 模擬串口時鐘，CLR 端接高電平。使用上一個74HC164的 Q7 作為下一個 74HC164 的輸入端。

實驗步驟

流程圖

完整業(yè)務(wù)邏輯

匯編代碼如下

ORG 0000H ;復位起始地址LJMP START ORG 000BH ;中間地址保留給中斷向量表LJMP EINT0 ;定時器0中斷程序入口地址 ORG 0040H ;程序?qū)嶋H起始地址START: ;初始化P4 EQU 0C0H ;P4 地址 P4SW EQU 0BBH ;P4 方式控制字地址MOV P4SW,#70H CLK EQU P4.4 ;時鐘線 DAT EQU P4.5 ;數(shù)據(jù)線 SW EQU P3.6 MOV DPTR,#TAB ;TAB為--5D3E LP:MOV R3,#0 ;計數(shù) MOV R4,#0 MOV R5,#0;TMOD 方式寄存器 I1: MOV TMOD,#01H ;選擇工作方式，即對TMOD賦初值.T0工作在方式1，16位的計數(shù)器;GATE(GATE-門控位,控制定時器的兩種啟動方式,) 等于0,不受外部控制MOV IE,#82H ;允許中斷,T0中斷允許 中斷控制字;直接對中斷寄存器IE 和優(yōu)先級寄存器 IP設(shè)置ORL IP,#2H ;邏輯或,T0中斷的優(yōu)先級高SETB P1.1 ;CE1 置1SETB P1.4 ;CE2 置1NEXT: ;判斷S2JB P3.7,OPP ;若 P3.7=1,s2沒有按下 ，逆時針MOV R0,#01111000B ;按下為順時針 --78MOV 20H,R0 LJMP SS1 OPP:MOV R0,#00101101B ;松開為逆時針 --2DMOV 20H,R0SS1: ;判斷S1JB P3.6,SPD ;若 P3.6=1,s1沒有按下，慢速MOV R2,#0H ;快速,(5D3E #TAB)LJMP L0 SPD:MOV R2,#1H ;慢速L0:MOV R1,#4 ;相位四次變換 MOV R0,20H L1:MOV A,R0 RLC A ;循環(huán)左移 MOV P3.2,C ;INT1 RLC A MOV P1.0,C ;INT2 MOV R0,A LCALL NUM LCALL TIME DJNZ R1,L1 ;R1 -1，結(jié)果不為0繼續(xù)循環(huán)LJMP NEXT TIME:CJNE R2,#1,QUICK MOV R6,#6 ;慢速六次計時 TIM2:MOV TH0,#5DH MOV TL0,#3EH SETB TR0 ;允許計數(shù)MOV R7,#0H TIM3:CJNE R7,#1H,TIM3 ;空循環(huán)，等待DJNZ R6,TIM2 ;R6 -1，結(jié)果不為0繼續(xù)循環(huán)LJMP OUT QUICK: MOV TH0,#5DH ;定時器0啟動,快速狀態(tài)60轉(zhuǎn)/分MOV TL0,#3EH SETB TR0 MOV R7,#0H TIM1: CJNE R7,#1H,TIM1 OUT: RETEINT0: ;中斷程序MOV R7,#1 RETI NUM: ;顯示轉(zhuǎn)數(shù),每轉(zhuǎn)一次顯示一個數(shù) S0: MOV A,R3 CALL EXP MOV A,R4 CALL EXP MOV A,R5 CALL EXPCJNE R3,#9,S1 MOV R3,#0 CJNE R4,#9,S2 MOV R4,#0 CJNE R5,#9,S3 MOV R5,#0 S1:INC R3 LJMP STOP S2:INC R4 LJMP STOP S3:INC R5 LJMP STOP STOP: RETEXP: ;顯示數(shù)碼管MOV 21H,R0 MOVC A,@A+DPTR ;查詢 TAB 表 MOV R0,#8 CLY: CLR CLK ;時鐘線低電平RLC A ;累加器A的邏輯操作指令MOV DAT,C ;8位數(shù)據(jù)按位輸出SETB CLK ;P4.4 時鐘線高電平DJNZ R0,CLY MOV R0,21H RETTAB: ;5D3EDB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H END

思考題

如果采用單四拍工作模式，每次步進角度為15度，程序如何修改？

單四拍： A -- B -- ~A -- ~B -- A …

修改相位值即可。

如果采用單雙八拍工作模式，每次步進角度為7.5度，程序如何修改？

八拍： A -- AB -- B -- BC -- C -- CD -- D -- DA -- A

修改定時初始值，相位和循環(huán)次數(shù)也要改變。

步進電機的轉(zhuǎn)速取決于哪些因素？上下限如何？

取決于脈沖頻率和工作模式

步進電機的轉(zhuǎn)速有上下限；受物理因素（摩擦，機械慣性，響應時間）影響，上限根據(jù)電機不同而不同，下限為0

如何改變步進電機的轉(zhuǎn)向？

改變轉(zhuǎn)動脈沖。

步進電機有那些規(guī)格參數(shù)，如何根據(jù)需要選擇型號？

功率，馬力，電流，轉(zhuǎn)速，效率，功率因數(shù)，額定轉(zhuǎn)矩，額定電流，重量，空起頻率等

根據(jù)需要

a) 選定需要的額定轉(zhuǎn)矩，通常根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩大小（所要帶動物體的扭力大小），來選擇哪種型號的電機。大致來說，扭力越大，所需選擇的電機的額定轉(zhuǎn)矩越大，電機尺寸越大。

b) 選擇合適的轉(zhuǎn)速，電機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩成反比。步進電機在低速時輸出轉(zhuǎn)矩較大，高速時輸出轉(zhuǎn)矩較小。如果高速的時候希望獲得較大轉(zhuǎn)矩，需要選擇電感稍小的電機，低速大力度時候，選擇電感和電阻大的電機。

c) 使用環(huán)境，特種步進電機需要防水，防油，可用于某些特殊場合。比如水下機器人就需要防水電機。

d) 空起頻率的選擇，步進電機空載啟動頻率通常稱為“空起頻率”，如果要求頻繁在瞬間啟動，停止，高轉(zhuǎn)速，就要加速啟動。如果需要直接啟動并高速運轉(zhuǎn)，最好選用永磁電機。

MCS51中有哪些可存取的單元，存取方式如何？它們之間的區(qū)別和聯(lián)系有哪些？

a. 工作寄存器組（00H——1FH）

內(nèi)部RAM的0-1FH為四組工作寄存器區(qū)，每個區(qū)有 8 個工作寄存器（R0 －R7）。在同一時刻，只能使用一組工作寄存器，這是通過程序狀態(tài)字 PSW 的地 3，4 位來控制的。例如當此兩位為 00 時，使用第 0 組工作寄存器，對應于 00H 到 07H 的內(nèi)部 RAM 空間。也就是說，這時指令中使用 R0 與直接使用 00 單元是 等價的，不過使用工作寄存器的指令簡單，且執(zhí)行快。

b. 可定位尋址RAM區(qū)（20H——2FH）

內(nèi)部 RAM 的 20H－2FH 為位尋址區(qū)域，這 16 個單元的每一位都對應一個位地址，占據(jù)位地址空間的 0－7FH，每一位都可以獨立置位、清除、取反等操作。

c. 通用的RAM區(qū)（30H——7FH）

在中斷和子程序調(diào)用中都需要堆棧。MCS－51 的堆棧理論上可以設(shè)置在內(nèi)部 RAM 的任意區(qū)域，但由于 0－1FH 和 20－2FH 區(qū)域有上面說的特殊功能，因此一般設(shè)置在 30H 以后。

在內(nèi)部 RAM 中，所有的單元都可以作為通用的數(shù)據(jù)存儲器使用，存放輸入 的數(shù)據(jù)或計算的中間結(jié)果等，也可以作為條件轉(zhuǎn)移的條件使用。

說明MOVC指令的使用方法。

MOVC是c51單片機匯編中斷查表指令，在匯編中，MOVC指令是用來表示程序存儲器中的內(nèi)容和別的存儲單元進行傳送的。主要是用在累加器A和程序存儲器的數(shù)據(jù)傳送。

以16位程序計數(shù)器PC或者數(shù)據(jù)指針DPTR作為基寄存器，以8位的累加器A作為變址寄存器，基址寄存器和變址寄存器的內(nèi)容相加為16位的地址訪問程序存儲器。

如MOVC A,@A+PC ; MOVC A.@A+DPTR ;

MCS51的指令時序是什么樣的，哪類指令的執(zhí)行時間較長？

MCS51的時序是用定時單位來描述的，MCS51的時序單位有四個，分別為節(jié)拍，狀態(tài)，機器周期和指令周期。

乘除法指令執(zhí)行時間較長

在本實驗環(huán)境下，能否控制顯示數(shù)碼的亮度？如何實現(xiàn)？可以，通過修改刷新頻率。

可以，改變刷新頻率即可。

實驗心得

中斷中執(zhí)行的程序太多，但由于使用的是定時器中斷，不能保證程序在定時周期內(nèi)執(zhí)行完畢。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的用32定时器让电机缓慢转动_实验三 步进电机原理及应用的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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