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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：
| CPU | FAN8200 |
| P1.1 | CE1 |
| P1.4 | CE2 |
| P3.2 | IN1 |
| P1.0 | IN2 |
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<reg52.h> 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 } 115 } 116 if(s1==0) 117 { 118 /*按下s1，60r/min=1440pace/min=5760次/min， 119 *即每分钟给IN1和IN0送值960次，每次间隔60/5760ms 120 */ 121 TH0=(65536-(uint)(60000/5760))/256; 122 TL0=(65536-(uint)(60000/5760))%256; 123 if(s2==1) 124 { 125 rotateShun(flag); 126 } 127 if(s2==0) 128 { 129 rotateNi(flag); 130 } 131 } 132 flag++; 133 if(flag>3) 134 { 135 flag=0; 136 count++; 137 if(count < 999) 138 { 139 display(count); 140 } 141 else{ 142 count = 0; 143 display(count); 144 } 145 } 146 }
七、一点想法
步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动，转动的速度和脉冲的频率成正比。改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。
步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。
八、附录
实验电路原理图：点击查看