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
1.单片机测控实验系统
2.步进电机控制实验模块
3.Keil开发环境
4.STC-ISP程序下载工具
三、实验内容
1.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。
2.步进电机的转速分为两档，当按下S1开关时，进行快速旋转，速度为60转/分。当松开开关时，进行慢速旋转，速度为10转/分。当按下S2开关时，按照顺时针旋转；当松开 时，按照逆时针旋转。
3.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
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:
2.1. TMOD 赋值 确定工作方式。T0 还是T1 的工作方式。
2.2.计算初值 装入 TH0 TL0 或者 TH1 TL1
2.3.中断方式时 ，对 IE 赋值，开放中断。
2.4. 使 TR0 和 TR1 置位，启动定时器/计数器 定时/计数。
3.程序调试及现象观测
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。
五、实验原理
1. 定时器中断
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 (2的多少次方)
定时周期 = 12/CPU晶振频率
注意#1. 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。
#2.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。
2.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。
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。
| cpu | FAN8200 |
|
P1.1 |
CE1 |
| P1.4 | CE2 |
| P3.2 | IN1 |
| P1.0 | IN2 |
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、思考题
1. 如采用单四拍工作模式，每次步进角度是多少，程序要如何修改？
2. 如采用单双八拍工作模式，每次步进角度是多少，程序要如何修改？
3. 步进电机的转速取决于那些因素？有没有上、下限？
4. 如何改变步进电机的转向？
5. 步进电机有那些规格参数，如何根据需要选择型号？
以下是汇编程序：
ORG 0000H ;复位起始地址
LJMP START
ORG 000BH ;中间地址保留给中断向量表
LJMP EINT0 ;定时器0中断程序入口地址
ORG 0040H ;程序实际起始地址
START:
P4 EQU 0C0H
P4SW EQU 0BBH
CLK EQU P4.4 ;时钟线
DAT EQU P4.5 ;数据线
SW EQU P3.6
MOV P4SW,#70H
MOV DPTR,#TAB ;s = 23869 --5D3E
LP:
MOV R3,#0 ;计数
MOV R4,#0
MOV R5,#0
I1: MOV TMOD,#01H ; 选择工作方式，即对TMOD 赋初值。T0都工作在方式1，16位的计数器 GATE(GATE －门控位，控制定时器的两种启动方式，)等于0，不受外部控制
MOV IE,#82H ;全局中断，T0中断允许 中断控制字;直接对中断允许寄存器IE 和 优先级寄存器 IP 设置
;ORL IP,#2H ;逻辑或，T0中断优先级高
SETB P1.1 ;CE1置高
SETB P1.4 ;CE2置高
NEXT:
JB P3.7,OPP ;如果P3.7等于1则转移
MOV R0,#00101101B ;按下，顺时针
MOV 20H,R0
LJMP SS1
OPP: MOV R0,#01111000B ;松开，逆时针
MOV 20H,R0
SS1:
JB P3.6,SPD
MOV R2,#0H ;按下，快速 ;23870 5D3E
LJMP L0
SPD: MOV R2,#1H ;松开，慢速
L0: MOV R1,#4
MOV R0,20H
L1: MOV A,R0
RLC A ;循环左移操作
MOV P3.2,C ;IN1
RLC A
MOV P1.0,C ;IN2
MOV R0,A
LCALL NUM
LCALL TIME
DJNZ R1,L1
LJMP NEXT
TIME:
CJNE R2,#1,QUICK
MOV R6,#6 ;慢速 ;分6次来记时
TIM2: MOV TH0,#5DH
MOV TL0,#3EH
SETB TR0
MOV R7,#0H
TIM3: CJNE R7,#1H,TIM3
DJNZ R6,TIM2
LJMP OUT
QUICK: MOV TH0,#5DH ;定时器0启动;;快速,60转/分
MOV TL0,#3EH
SETB TR0
MOV R7,#0H
TIM1: CJNE R7,#1H,TIM1
OUT:
RET
EINT0:
MOV R7,#1
RETI
NUM: ;显示已转动的步数，每转动一次显示一个数
S0: MOV A,R3
CALL EXP
MOV A,R4
CALL EXP
MOV A,R5
CALL EXP
CJNE R3,#10,S1
MOV R3,#0
CJNE R4,#10,S2
MOV R4,#0
CJNE R5,#10,S3
MOV R5,#0
S1: INC R3
LJMP STOP
S2: INC R4
LJMP STOP
S3: INC R5
LJMP STOP
STOP:
RET
EXP:
MOV 21H,R0
MOVC A,@A+DPTR
MOV R0,#8
CLY: CLR CLK ;P4.4 ;时钟线低电平
RLC A ;累加器A 的逻辑操作指令
MOV DAT,C
SETB CLK ;P4.4 ;时钟线高电平
DJNZ R0,CLY
MOV R0,21H
RET
TAB:
DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
END
