单片机步进电机控制实验---指导书
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机械设计制造及其自动化专业实验
——机电控制实验
单片机步进电机控制实验
实验指导书
重庆工学院汽车学院
2008年1月
汽车及机械制造实验室
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学生实验守则
1．学生应按照实验教学计划和约定的时间，准时上实验课，不得迟到早退。 2．实验前认真阅读实验指导书，明确实验目的、步骤、原理，预习有关的理论知识，并接受实验教师的提问和检查。
3．进入实验室必须遵守实验室的规章制度。不得高声喧哗和打闹，不准抽烟、随地吐痰和乱丢杂物。
4．做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，服从实验教师和技术人员指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其它物品。
5．实验中要细心观察，认真记录各种试验数据。不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。
6．实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。若出现事故，应立即切断电源，及时向指导教师报告，并保护现场，不得自行处理。
7．实验完毕，应主动清理实验现场。经指导教师检查仪器设备、工具、材料和实验记录后方可离开。
8．实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定时间内交指导教师批改。
9．在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿、工具损坏者，应写出损坏情况报告，并接受检查，由领导根据情况进行处理。
10．凡违反操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按学院有关规定予以赔偿。
重庆工学院
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说 明
1. 同学可以登录学校的“实验选课系统”（从学校首页登陆：或从数字校园登录），自己进行实验项目的选择。希望同学们能在每个实验项目开放的时间内尽早进行实验预约（预约时间必须比实验上课时间提前3天），因为学生数量比较多，如果某实验项目开放的时间内同学未能进行实验预约，则错过该实验项目的实验机会，可能会出现在本学期内无法完成规定的实验项目个数，结果是没有课程考试资格的情况。 2. 如有什么问题，同学可以拨打电话联系李鑫老师。
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单片机控制系统实验（步进电机）
一、学时：2学时 二、实验类型：综合 三、实验目的：
1、掌握伟福Lab6000P单片机仿真实验系统提供的几种典型外围电路。 2、熟悉典型外围电路与单片机的输入/输出端子的电路接线。 3、掌握MSC-51单片机的编程、仿真、写入、调试。 4、掌握用单片机控制步进电机的硬件连接和编程方法。 四、实验设备与仪器
计算机、伟福Lab6000P单片机仿真实验系统、步进电机驱动器、步进电机、直流电源、连接电缆，模拟示波器，万用表 五、实验原理：
伟福Lab6000P单片机仿真实验系统
1、伟福Lab6000P单片机仿真实验系统可具有三种使用方法：
(1)无系统机，仅用实验仪的板上仿真器进行仿真和实验；
(2)有系统机，用系统机上的集成调试软件驱动板上仿真器进行仿真和实验； (3)无实验仪，无仿真器，仅在系统机上采用软件模拟方式进行仿真。
注： 1、本实验采用第（2）种使用方法，计算机作为系统机使用。
2、系统配MCS51/196仿真板,可进行8051或80C196的实验。 3、关于伟福Lab6000P单片机仿真实验系统的详细说明。
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在“校园网—〉机械工程实验教学中心”网站上下载。
2、伟福Lab6000P单片机仿真实验系统，提供了以下几种的典型电路：（需要使用示波器、万用表）
LED电平显示电路 单脉冲发生电路
多级分频电路：与4MHz脉冲源结合,可得多种脉冲信号。 A/D转换电路：模数变换电路,可接入两路模拟量。
D/A转换电路：数模变换电路,提供0~-5V,-5V~+5V,-8V~+8V三路输出。 PWM转换电路
3、仿真实验/开发系统的连接
仿真实验/开发系统集成调试软件的安装和使用，见WAVE仿真开发系统使用手册。
（在“校园网—〉机械工程实验教学中心”网站上下载）
进行MCS51单片机实验时，应插上POD51/96仿真板，并插上8051或8052CPU。 将配套的串行通讯电缆的一端与实验仪上的“仿真器串口”9芯D形插座相连，另一端与PC相的串行口相连。
将实验台的电源线与220V电源相连。
打开实验台电源开关，红色电源指示灯亮。仿真开发器初始化成功后，LED会显示8051，表示仿真系统正常。
打开计算机电源，执行WAVE集成调试软件。 注意：
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（1）无论是集成电路的插拔、通讯电缆的连接、跳线器的设置还是实验线路的连 接，都应确保在断电情况下进行，否则可能造成对设备的损坏。 （2）实验线路连接完成后，应仔细检查无误后再接通电源。 4、程序调试环境：
WAVE集成调试环境应设置如下： 仿真器型号：伟福Lab2000P实验仪 仿真头型号：MCS51实验 （8031／32）
5、单片机程序：可使用汇编语言（EX51ASM目录下）、C语言（EX51C目录下）编写
P1口输入/输出 汇编（EX51ASM目录下）、C（EX51C目录下） PWM转换电压 汇编（EX51ASM目录下）、C（EX51C目录下） D/A转换电路 汇编（EX51ASM目录下）、C（EX51C目录下） A/D转换电路 汇编（EX51ASM目录下）、C（EX51C目录下） 步进电机控制实验 汇编（EX51ASM目录下）、C（EX51C目录下） 6、MSC-51单片机的编程、仿真、写入、调试的操作步骤：
MSC-51单片机的编程、仿真、写入、调试的操作步骤，可参阅WAVE仿真开发系统使用手册。（在“校园网—〉机械工程实验教学中心”网站上下载） 7、MSC-51系列单片机
单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O口)，还包括定时计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多
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路转换器及A/D转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个最小而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。
该系列单片机是采用高性能的静态80C51设计，由先进CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器。
P89C51X2包含128字节RAM、32条I/O口线、3个16位定时/计数器、6输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O口（可用于多机通信，I/O扩展或全双工UART）以及片内振荡器和时钟电路。
由于器件采用了静态设计，可提供很宽的操作频率范围（频率可降至0），可实现两个由软件选择的节电模式空闲模式和掉电模式。空闲模式冻结CPU，但RAM、定时器、串口和中断系统仍然工作。掉电模式保存RAM的内容，但是冻结振荡器，导致所有其它的片内功能停止工作。由于设计是静态的，时钟可停止而不会丢失用户数据，运行可从时钟停止处恢复。 六、实验操作步骤： 1、认真预习实验内容。
2、按“五、实验原理”中的“3、仿真实验/开发系统的连接”的说明，将伟福Lab2000P单片机仿真实验系统与PC连接好。并在PC上安装好相应的“WAVE6000集成调试软件”。
3、按“电路连接图”连接好实验电路。经实验教师检查后，方可继续下一步操作。 4、运行“WAVE6000集成调试软件”，在该软件平台上打开“五、实验原理”中的“5、单片机程序”里所述的程序，进行软件调试。 5、在理解实验流程框图的基础上，读懂程序代码。
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6、调整程序内的部分控制指令或 参数，再次调试程序，记录参数调整前后，程序的运行状态是否有所改变。
7、实验完成后，整理好实验器材、连线，关闭实验箱和PC的电源。并经实验教师检查确认。
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步进电机控制实验
一、 实验要求
用8255扩展端口控制步进电机，编写程序输出脉冲序列到8255的PA口，控制步进电机正转、反转，速度调整。 二、实验目的
1． 2． 3．
了解步进电机控制的基本原理。 掌握控制步进电机转动的编程方法。 了解单片机控制外部设备的常用电路。
三、实验电路连线框图
8255控制的原理图参见8255实验。 CS0
四、实验说明
8255 驱 动 A B C D 步进电VCC 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转。切换是通过单片机输出脉冲信号来实现的。所以调节脉冲信号的频率便可以改变步进电机的转速，改变各相脉冲的先后顺序，可以改变电机的旋转方向。步进电机的转速应由慢到快逐步加速。
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电机驱动方式可以采用双四拍(AB→BC→CD→DA→AB)方式，也可以采用单四拍(A→B→C→D→A)方式，或单、双八拍(A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A)方式。各种工作方式的时序图如下：（高电平有效）
DA AB BC CD DA A B C D
双四拍方式 单、双八拍工作方DA A AB B BC C CD D DA A B C D
单四拍方式 A B C D A 上图中示意的脉冲信号是高有效，但实际控制时公共端是接在VCC上的，所以实际控制脉冲是低有效。8255的PA口输出的脉冲信号经（MC1413或
ULN2003A）倒相驱动后，向步进电机输出脉冲信号序列。8051或80C196单片机也可以通过P1口输出脉冲信号控制步进电机的运转。
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五、实验程序框图
开始
设置初始延时 输出一拍脉 延时
准备下一拍脉
是否提
是 是 是否到最
否
延时值减
六、实验要求
否 A、改变程序的有关指令或参数，完成双四拍方式下的步进电机正/反转控制， B、改变程序中启动加速的设定值，观察步进电机的启动加速情况。
C、改变程序中延时值（内、外循环初值）的设定，用光电转速计或示波器测量步进电机转速，观察转速是否改变，并做记录。
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