51单片机步进电机控制详解
目录
- 51单片机步进电机控制详解
- 一、步进电机基本介绍
- 1. 步进电机结构
- 2. 步进电机驱动
- 二、硬件&仿真设计
- 0.设计要求
- 1. 硬件设计
- 显示模块
- 输入模块
- 步进电机模块
- 2. 仿真全图一览
- 3.PCB设计
- 三、软件设计
- 1. 显示模块
- LCD1602.h
- LCD1602.c
- 2. 输入模块
- Key.h
- Key.c
- 3. 步进电机模块
- Motor.h
- Motor.c
- 4. 数据整合
- Includes.h
- Communal.h
- Communal.c
- 5.主函数
- main.c
- 主界面
- 最近角度设置界面
- 标定角度设置界面
- 最近角度调整界面
- 标定角度调整界面
- 设置界面
- 四、工程下载
一、步进电机基本介绍
我个人认为，步进电机的基本原理和介绍看看其他博主的介绍就好了。我比较希望讲一下我对步进电机的关于自己一种理解方式，可能与真正步进电机的原理差的有点大。下面还是给一下我推荐的一些博主对步进电机的介绍文章。
百度步进电机链接
步进电机驱动及原理—star-air
步进电机，把名字扩展一下就是按“步”前进的电机，这里的“步”，我认为既可以解释为“脚步”，也可以解释为”步骤“。脚步就指像人一样，无论速度多快，每次只能跨一步，步进电机也是如此，无论你通电时间多长，只要脉冲不发生变化，步进电机也只走一步。而”步骤“，就当行走方式，人的行走方式行走方式是交替向前的，步进电机也一样，它的脉冲方式按照一定规律运行的。
对了，还有一个很重要的一点，这里的脉冲方式和PWM(脉宽调制)是不一样的，这里的脉冲我认为其实是对51单片机的IO口电平规律变换的频率。
1. 步进电机结构
我们这次使用的是28BYJ-48 5V DC这个型号的步进电机(实物图如下方图)，所以我们的机构介绍主要针对此步进电机，若未来有更多扩展再加入更多介绍。
28BYJ-48 5V DC步进电机是五线四相直流驱动步进电机，运转过程中电流在0.3A~0.4A(个人测量，数据未必准确)，它的一些驱动参数如下：
| 数据名 | 参数 |
|---|---|
| 直径 | 28mm |
| 电压 | 5V |
| 步进角度 | 5.625 × 1 / 64 |
| 减速比 | 1 / 64 |
| 单个重 | 0.04kg |
在此处，我们需要注意的主要为电压与步进角度，它是由5V电压驱动，步进角度为5.625×1/64,这里给的5.625×1/64代表它每次脉冲转动的角度是5.625÷64=0.087890625°，而不是单纯的5.625度，这一点比较容易理解错，一个不注意写出来的程序就是错误的。下面，是28BYJ-48 5V DC的接线示意图和设计图。
这是我购买的步进电机的结构示意图，可能和各位的有所区别，请各位以实物为准，如果各位要设计PCB板且要把步进电机装进去，就需要对步进电机的主要结构有了解，不然必要性就不是很大了。
关于接线示意图，也就是步进电机的内部接线图，是我们针对仿真时和具体电路设计需要的，所以还是比较重要的。这里的接线介绍我推荐和仿真一起看（主要是仿真的运行），很容易就理解了，具体的运行会在后面介绍。下面大概说一下接线。
| 名称 | 接线 |
|---|---|
| 蓝1 | 控制线1 |
| 粉2 | 控制线2 |
| 黄3 | 控制线3 |
| 橙4 | 控制线4 |
| 红5 | 5V VCC或GND(本次使用时VCC) |
2. 步进电机驱动
ULN2003驱动文章推荐:【常用芯片】ULN2003工作原理及中文资料（实例：STM32驱动28BYJ48步进电机）
前面说到，步进电机运转过程中电路在0.3A~0.4A之间，而我们的51单片机拉电流1mA，灌电流10mA，所以对我们51单片而言，直接驱动步进电机是不现实的，所以我们需要加一个能承受大电流的中介。根据我们学习时用的开发板关于驱动步进电机所使用模块的是ULN2003芯片，这个芯片能为我们承受大电流，为了便于测试，我也使用了此模块。下面是这个模块的逻辑图和实物图。
ULN2003其实相当于7个开关，每个开关的控制端(1~7B)由单片机控制，控制端为高电平(>2.5V)开关接地，低电平时接高电平，就是接了一个取反的电路。介于这种情况，为了方便我们控制步进电机的时候，51单片机IO口高电平时即为通电，所以我们步进电机的红色5号线接VCC（比如在端口1B为高电平，输出端口1C就为低电平，而红色5号线为VCC，1C与步进电机控制线相连，相连后形成电势差，电流导通）。下面时ULN2003的接线。
| 名称 | 接线 |
|---|---|
| 1B~7B | 控制端口1~7 |
| 1C~7C | 输出端口1~7（输入输出口相对应） |
| E | 接地 |
| COM | 接5V高电平 |
二、硬件&仿真设计
0.设计要求
本次步进电机设计要求为能显示和控制步进电机具体转动角度，能显示和控制电机正转和反转。
1. 硬件设计
针对此设计要求，我们需要显示模块、控制输入模块和步进电机模块。
显示模块
LCD1602文章推荐: 快速掌握——LCD1602液晶显示（多组实验，附带源程序）
鉴于要显示正转和反转，如果使用数码管作为显示器，其显示效果是不行的，所以显示模块我使用的是LCD1602。LCD1602中16指16每行支持显示16个字符，02指有两行。在仿真中为LM016L。接下来说一下介绍LCD1602的具体引脚功能，具体仿真图与实物图如下：
VSS：这里的VSS可以直接理解为给LCD1602的GND。没有什么可以介绍的。VDD：就是我们说的VCC高电平，这里的高电平接5V即可。V0：每个字符显示位的对比度调整，电压越高对比度越低。我们一般会在此处接一个可调电阻，用于调节对比度。RS：指令、数据选择，低电平时系统判定D0~D7输入为指令，高电平时判断输入为数据。RW：R/W为读/写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
- 当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或显示地址；
- 当RS为低电平，R/W为高电平时，可以读忙信号；
- 当 RS为高电平，R/W为低电平时，可以写入数据。
E：使能端，当端口E出现下降沿时，LCD1602执行指令。D0~D7：D0~D7为8位双向数据线。A：背光源正极。K：背光源负极。
LCD1602的实物与仿真相比，仿真缺少A，K两个端口。除此之外，其他是完全一样的，在实际接线中，我们只需要记得给A，K接上5V和GND就行了。通过对上面LCD1602的了解，我们现在需要对LCD1602正式接线了。具体接线方式我打算如此接线：
| 端口 | 接线 |
|---|---|
| VSS | 接GND |
| VDD | 接5V VCC |
| V0 | 接10kΩ滑动电阻(最后因为10k的没找着，将就接了一个1k的) |
| RS | 接控制线P2.0 |
| RE | 接控制线P2.1 |
| E | 接控制线P2.2 |
| D0~D7 | 接数据传输线P0 |
| A | 接5V VCC |
| K | 接GND |
仿真(不知道为啥，LCD1602仿真显示成这样)如下图所示：
输入模块
控制输入模块采用16(4×4)键键盘。这种键盘其实是用的很多的，没啥可以介绍的，我比较推荐的是相关输入模块使用自己购买的输入模块，相关代码可以直接替换。我当时做的时候犯了一点傻，我先设计的仿真，再买的模块，相关模块差点没找到，不过最后又设计了PCB这些就没有影响了。下面是模块的具体样式和仿真图：
唯一比较注意的是我们虽然实际使用的是微动开关，但在做模拟的时候还是采用的普通的按钮(仿真名称button)具体的功能就不多说了，直接上实物接线表。
| 端口 | 接线 |
|---|---|
| C4 | P1.0 |
| C3 | P1.1 |
| C2 | P1.2 |
| C1 | P1.3 |
| R1 | P1.4 |
| R2 | P1.5 |
| R3 | P1.6 |
| R4 | P1.7 |
步进电机模块
步进电机模块就型号为28BYJ-48 5V DC的步进电机和ULN2003组合。这里的使用也没有什么可以多说的。直接上仿真图和接线(实物图在上面):
ULN2003接线
此处需要注意ULN2003芯片的每个端口的具体含义，可以参考前面的ULN2003逻辑框图，将实物的带缺角口与逻辑图带缺角口对起，芯片有字面对准自己，此时实物端口与对照逻辑框图一样。
其次购买的步进电机不同，可能颜色标注不同，以购买实物为准。
还有一点，因为步进电机在仿真中响应速度太慢，仿真中其实无法完全模拟步进电机。在仿真中跑出来的程序有问题。不过我已经在软件中为各位弥补了这一问题，具体的修改方式看后文的Includes.h中关于对宏_PROTEUS_的设定。
| ULN2003端口 | 接线 |
|---|---|
| COM | 5V VCC |
| E | GND |
| 1B | 51单片机P3.0 |
| 2B | 51单片机P3.1 |
| 3B | 51单片机P3.2 |
| 4B | 51单片机P3.3 |
| 1C | 步进电机C1(蓝1) |
| 2C | 步进电机C2(粉2) |
| 3C | 步进电机C3(黄3) |
| 4C | 步进电机C4(橙4) |
2. 仿真全图一览
这里没有加51单片机的最小系统板的电路，使用的晶振频率为12MHz。
3.PCB设计
PCB设计网站：嘉立创EDA(可以白嫖PCB电路板)
这个PCB设计是我一时兴起做的，用的是嘉立创EDA(可以白嫖PCB板)。又因为我们做课程设计是由我们老师提供最小系统板，我们只需要在最小系统板上加外围电路。所以设计中我也是直接针对外围电路做的设计。下面是设计图、3D图和成品图：
PS：忘买XH插座了，所以就用排针代替了。
三、软件设计
下面，根据每个模块做软件。
1. 显示模块
因为显示模块已经介绍了，为了方便各位更改端口，直接修改LCD1602.h中的RS、RW、E、LCDMsg的参数即可。还有需要注意的是，在LCD1602.c中有一个SendX的宏定义，里面的bitFlip在线没接错的情况下需要删除掉。
LCD1602.h
// LCD1602.h
#ifndef _LCD1602_H_
#define _LCD1602_H_
// 此文件所需头文件
#include <stdio.h>
#include <reg52.h>
// 关键字替换
#ifndef u8
#define u8 unsigned char
#endif
#ifndef u16
#define u16 unsigned int
#endif
/* 1602显示器 */
// P0做数据传输 P0.0~7 <-----> D0~D7
// P2做控制端口 P2.0~2 <-----> RS RW Esbit RS = P2^0; // 此处修改RS端口
sbit RW = P2^1; // 此处修改RW端口
sbit E = P2^2; // 此处修改E端口
#define LCDMsg P0 // 定义数据输出口#define WriteCo {RS = 0; RW = 0;} // 写入指令 / 显示地址
#define WriteDa {RS = 1; RW = 0;} // 写入数据
// 发送数据，注意如果线没接错就把下面的bitFlip(Msg)直接替换为Msg.这是我画PCB的时候出错设计的软件修补。
#define SendX(X, Msg) {Write##X; LCDMsg = bitFlip(Msg); E = 1; Delay3ms(); E = 0;}
// 1602命令
#define CL 0x01 // clear 清屏
#define RC 0x02// Rest Cursor 光标复位
#define SC(ID, Word) (0x04 | ID << 1 | Word) // Set Cursor光标设置，ID：光标移动0左1右，Word置1使文字移动
#define SW(D, C, B) (0x08 | D << 2 | C << 1 | B) // 显示设置(置1有效)D:屏幕显示 C:光标显示 B:光标闪烁
#define MC(SC, RL) (0x10 | SC << 3 | RL << 2) // SC:1动文字0动光标 RL:光标移动0左1右
#define SF(DL, N, F) (0x20 | DL << 4 | N << 3 | F << 2) // Set Function 功能设置 DL：1为4位总线，0为8位总线 N：0为单行显示，1为双行显示，F：0显示5X7的点阵字符，1显示5X10的显示字符
#define ST(T) (0x40 | (T & 0x3F)) // 设置字符表地址
#define SS(S) (0x80 | (S & 0x7F)) // 设置存储地址// LCD初始化
void LCD_Init();// 显示字符串
void LCD_ShowString(bit, u8, u8*);// 显示数字
void LCD_ShowNum(bit, u8, u8*, u16);// 显示浮点数
void LCD_ShowFloat(bit, u8, u8*, float);#endif
LCD1602.c
// LCD1602.c
#ifdef _INCLUDES_#include "Includes.h"#ifndef _LCD1602_H_#error "未加装LCD1602.h文件。"#endif
#else#include "LCD1602.h"
#endif// LCD初始化
void LCD_Init(){SendX(Co, SF(1, 1, 0)); // 4总线，双行显示，5X7SendX(Co, SW(1, 0, 0)); // 4总线，双行显示，5X7SendX(Co, SC(1, 0)); // 数据读写操作后，光标自动加一，画面不动SendX(Co, CL); // 清屏
}// 显示字符串
// 传参：行(0为第一行,1为第2行), 列，字符串。
void LCD_ShowString(bit Line, u8 Col, u8* Str){if (Line){SendX(Co, SS(Col | 0x40));} else {SendX(Co, SS(Col));}while(*Str != '\0'){SendX(Da, *(Str++));}
}// 显示整数
// 传参：行(0为第一行,1为第2行), 显示格式(和C语言printf中的相同)，数字。
void LCD_ShowNum(bit Line, u8 Col, u8* Sta, u16 Num){u8 Mes[10];sprintf(Mes, Sta, Num);LCD_ShowString(Line, Col, Mes);
}// 显示浮点数
// 传参：行(0为第一行,1为第2行), 显示格式(和C语言printf中的相同)，小数。
void LCD_ShowFloat(bit Line, u8 Col, u8* Sta, float Num){u8 Mes[10];sprintf(Mes, Sta, Num);LCD_ShowString(Line, Col, Mes);
}
2. 输入模块
Key.h
输入模块也比较简单，为了让各位能更好的修改数据，直接修改Key.h中的KEY就能直接按键修改连接位置。
// Key.h
#ifndef _KEY_H_
#define _KEY_H_
// 此文件所需头文件
#include <reg52.h>
// 关键字替换
#ifndef u8
#define u8 unsigned char
#endif
#ifndef u16
#define u16 unsigned int
#endif
/* 键盘设计 */
/*
P1 <---> 16键键盘
16键键盘步进1 2 3 删除4 5 6 确定7 8 9 取消正 0 反 设置 */
// 修改这里更改按键连接位置
#define KEY P1// 按键功能定义
#define NUM_1 0xE7
#define NUM_2 0xEB
#define NUM_3 0xED
#define DEL 0xEE
#define NUM_4 0xD7
#define NUM_5 0xDB
#define NUM_6 0xDD
#define ENTER 0xDE
#define NUM_7 0xB7
#define NUM_8 0xBB
#define NUM_9 0xBD
#define CANCEL 0xBE
#define CORRECT 0x77
#define NUM_0 0x7B
#define ANTI 0x7D
#define SET 0x7E#define UP NUM_2
#define RIGHT NUM_6
#define LEFT NUM_4
#define DOWN NUM_8
#define YES NUM_5// 按键读取, 返回参数：键盘按下位置，未检测到为 0
u8 GetKey(bit);#endif
Key.c
// Key.c
#ifdef _INCLUDES_#include "Includes.h"#ifndef _KEY_H_#error "未加装Key.h文件。"#endif
#else#include "Key.h"
#endif// 按键读取, 返回参数：键盘按下位置，未检测到为 0
// 传参Keep_Key为是否等待按键抬起1是，0否
u8 GetKey(bit Keep_Key){u8 i, j;KEY = 0xF0;Delay5ms();i = KEY;if(i == 0xF0){return 0;} else {Delay5ms();if(KEY == i){KEY = 0x0F;Delay1ms();j = KEY & 0x0F;if(j == 0x0F){return 0;} else {Delay5ms();if (j == KEY & 0x0F){if(Keep_Key){while(KEY & 0x0F != 0x0F) ;}return i | j;} else {return 0;}}}else{return 0;}}
}
3. 步进电机模块
步进电机模块的数据修改需要根据基础比例来修改，不然代码会出问题。而且因为51单片机无论float还是double类型，位数都只有32位，所以浮点数的精度不会很高，建议基础比例就在这一比例。可以增加，不建议再减少了。同时，当我们修改此基础比例后，我们需要修改后面的Includes.h中的Motor结构体的一部分元素的长度，具体长度后面会做详细介绍。当然，此文件也是支持修改接线的。修改MotorLine.h中的MotorLine即可，若要修改IO口的话需要更改Motor.c中的Motor_Data中的数据。同时还有一个关于_PROTEUS_的宏，此宏用于控制我们的Motor_Revolve函数是使用在仿真中还是实物中，因为一部分原因,这两者不互通，这一点需要注意。
Motor.h
// Motor.h
#ifndef _MOTOR_H_
#define _MOTOR_H_
// 此文件所需头文件
#include <reg52.h>
// 关键字替换
#ifndef u8
#define u8 unsigned char
#endif
#ifndef u16
#define u16 unsigned int
#endif//电机接线 P3.0 -> P3.4
#define MotorLine P3
// 基础数据
// 基础比例：8 数据设置要求：2的整数倍
#define DData 512 // 总转动量 数据设置要求 64 * 基础比例
#define DNum 8 // 旋转最低值 数据设置要求: 64 / 基础比例
#define NFundation 0.703125 // 基础转角 数据设置要求： 5.625 / 基础比例#define MotorNum 8 // 设定转动数据// 电机旋转
void Motor_Revolve(u8, u16, bit, bit);#endif
Motor.c
// Motor.c
#ifdef _INCLUDES_#include "Includes.h"#ifndef _MOTOR_H_#error "未加装Motor.h文件。"#endif
#else#include "Motor.h"#define Delay1ms() Delayms(12, 169)#define Delay5ms() Delayms(59, 90)void Delayms(u8 i, u8 j){do{while (--j);} while (--i);
}
#endif
u8 code Motor_Data[MotorNum] = {0x09, 0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x0C, 0x08};// 电机旋转
// 传参：起始角，旋转角，旋转方向，默认方向
void Motor_Revolve(u8 Start, u16 Num, bit Orientation, bit NOrien){
#ifndef _PROTEUS_Num *= DNum;
#endifif(NOrien && Start) Start = MotorNum - Start;if(Orientation){while(Num-- != 0){Start = (Start == 0) ? MotorNum - 1 : Start - 1;MotorLine = Motor_Data[Start];
#ifndef _PROTEUS_Delay1ms();
#elseDelay5ms();
#endif}} else {while(Num-- != 0){Start = (Start >= MotorNum - 1) ? 0 : Start + 1;MotorLine = Motor_Data[Start];
#ifndef _PROTEUS_Delay1ms();
#elseDelay5ms();
#endif}}
}
4. 数据整合
通过前面的函数，我们不难看出，我们使用了一个Includes.h的自定义头文件，这里的Includes.h除了要加入之外，还要在魔术棒当中进行设置才能完全加入，加入的方式如下：
Includes.h头文件的内容如下，其中可以设置的内容有默认设置修改(DOrientation, DTurn_Zero, DAngle和DRotation)，其中需要我们注意的是，里面有一个仿真设置宏_PROTEUS_，此宏用于管理产生的hex文件是用于仿真还是实物，注释掉此宏，程序将用于实物，不注释就用于仿真。
Includes.h
// Includes.h
#ifndef _INCLUDES_H_
#define _INCLUDES_H_// 系统头文件
#include <reg52.h>
#include <stdio.h>// 仿真设置，定义以下宏编译出的文件将能在仿真中无误运行
// #define _PROTEUS_// 公共部分
#include "Communal.h"
// 按键部分
#include "Key.h"
// LCD部分
#include "LCD1602.h"
// 步进电机部分
#include "Motor.h"// 默认设置
#define DOrientation 1
#define DTurn_Zero 1
#define DAngle 0
#define DRotation 1// 设置信息保存
typedef struct Motor{u8 Orientation : 1; // 方向设置，正（Correct）1、反（Anti）0u8 Turn_Zero : 1; // 转向置零，是（Yes）1、否（No）0u8 CH : 1; // 正负号输入设置 CH和CHH是用于节省内容空间设置的，放弃原bit位u8 CHH : 1; // 正负号输入返回设置u8 : 4; // 对齐空位u16 Angle : 9; // 旋转角度基础值 长度设置要求: log(2, Motor.h中的DData的值)u16 Rotation : 9; // 单次旋转角度设置 长度设置要求:
} Motor;#define ShowFloat(LINE, COL, NUM) LCD_ShowFloat(LINE, COL, "%7.3f", NUM * NFundation)
#define ShowNum(COL, NUM) LCD_ShowNum(0, COL, "%3d", NUM)
#define ShowString(LINE, COL, STR) LCD_ShowString(LINE, COL, STR)
#define Revolve(Orien, Num) Motor_Revolve(Setting.Angle % MotorNum, Num, Orien, Setting.Orientation)#endif
这个头文件是专门针对我们设计的文件所制作的。里面有一个Motor的struct结构体定义，里面包含了我们所设置的功能，而且为了简化代码且实现循环增加，如果我们要修改步进电机的基础值，还需要修改这里的值，修改后代码才能正常运行。修改要求为Motor.h中DData关于2的对数的值。
文件中还加了公共部分的代码。公共部分的代码如下：
Communal.h
// Communal.h
/* 公共部分 */
#ifndef _COMMUNAL_H_
#define _COMMUNAL_H_// 关键字替换
#ifndef u8
#define u8 unsigned char
#endif
#ifndef u16
#define u16 unsigned int
#endif// 常见延时表 --- 12MHz
#define Delay1ms() Delayms(12, 169)
#define Delay3ms() Delayms(36, 1)
#define Delay5ms() Delayms(59, 90)
#define Delay10ms() Delayms(117, 184)
#define Delay20ms() Delayms(234,115)// 基本延时函数
void Delayms(u8, u8);// 二进制数据反向
u8 bitFlip(u8);
#endif
Communal.c
// Communal.c
#ifdef _INCLUDES_#include "Includes.h"#ifndef _COMMUNAL_H_#error "未加装Communal.h文件。"#endif
#else#include "Communal.h"
#endif#ifdef _INCLUDES_#pragma message("已打开_INCLUDES_,此工程包含Includes.h.")
#endif
#ifdef _PROTEUS_#pragma message("已打开_PROTEUS_,编译后hex文件需用于Proteus仿真中.");
#endif// 基本延时函数
void Delayms(u8 i, u8 j){do{while (--j);} while (--i);
}// 二进制数据反向
// 传参：待反转数据
u8 bitFlip(u8 Date){u8 ret;u8 i;for(i = 0; i < 8; i++){ret <<= 1;ret += Date & 0x01;Date >>= 1;}return ret;
}
本来这个文件的作用只是加Delay的相关函数的。然后因为我PCB设计出了失误(手动捂脸)，把D0~D7的数据端口画颠倒了，所以加了一个二进制数据翻转bitFlip的代码。
5.主函数
此次设计的主要核心就是main.c，代码其实比较简单，就不解释了，直接上代码然后再做介绍：
main.c
// main.c
#include "Includes.h"Motor Setting = {DOrientation, DTurn_Zero, 0, 1, DAngle, DRotation};// 获取数字
u16 GetNum(u16 Data, u8 *showMes){u8 num = 0;SendX(Co, CL);ShowString(0, 0, showMes);Setting.CHH = 1;if(Setting.CH) ShowString(0 ,11, "+");ShowString(1, 0, "*");ShowFloat(1, 1, 1);ShowString(1, 8, "=");ShowFloat(1, 9, Data);SendX(Co, SW(1, 1, 1));ShowNum(12, Data);while(1){switch(GetKey(1)){case NUM_9:num++;case NUM_8:num++;case NUM_7:num++;case NUM_6:num++;case NUM_5:num++;case NUM_4:num++;case NUM_3:num++;case NUM_2:num++;case NUM_1:num++;case NUM_0:Data = Data * 10 + num;num = 0;if(Data > DData){Data = DData;}ShowFloat(1, 9, Data);ShowNum(12, Data);break;case CORRECT:if(Setting.CH){if(Setting.CHH == 1) ShowString(0, 11, "-");else ShowString(0, 11, "+");SendX(Co, SS(15));Setting.CHH = !Setting.CHH;break;}case ANTI:if(Setting.CH){if(Setting.CHH == 1) ShowString(0, 11, "-");else ShowString(0, 11, "+");SendX(Co, SS(15));Setting.CHH = !Setting.CHH;break;}case ENTER:case SET:if(Setting.CH) return Data == 0 ? 0xFFFF : Data;else return Data;case CANCEL:return 0xFFFF;case DEL:Data /= 10;ShowFloat(1, 9, Data);ShowNum(12, Data);}}
}// 输入角度自匹配
u16 GetAngle(){float Data = 0;u8 i, Point = 0;u16 NearNum = 0;float GetNum = 0;SendX(Co, CL);ShowString(0, 0, "Set");Setting.CHH = 1;if(Setting.CH) ShowString(0, 7, "+");ShowString(1, 0, "Angle");ShowFloat(1, 9, NearNum);LCD_ShowFloat(0, 8, "%7g", Data);SendX(Co, SW(1, 1, 1));while(1){switch(GetKey(1)){case NUM_9:GetNum++;case NUM_8:GetNum++;case NUM_7:GetNum++;case NUM_6:GetNum++;case NUM_5:GetNum++;case NUM_4:GetNum++;case NUM_3:GetNum++;case NUM_2:GetNum++;case NUM_1:GetNum++;case NUM_0:if(Point == 0){Data *= 10;Data += GetNum;} else if(Point <= 3) {for(i = 0; i < Point; i ++){GetNum /= 10;}Point += 1;Data += GetNum;} else break;if(Data > 360){Data = 360;}NearNum = (u16)(Data / NFundation + 0.5);ShowFloat(1, 9, NearNum);LCD_ShowFloat(0, 8, "%7g", Data);GetNum = 0;break;case CORRECT:if(Setting.CH){if(Setting.CHH == 1) ShowString(0, 7, "-");else ShowString(0, 7, "+");SendX(Co, SS(15));Setting.CHH = !Setting.CHH;break;}case ANTI:if(Point == 0){ShowString(0, 6, ".");SendX(Co, SS(15));Point = 1;} else if(Point == 1){ShowString(0, 6, " ");SendX(Co, SS(15));Point = 0;}break;case ENTER:case SET:if(Setting.CH) return NearNum == 0 ? 0xFFFF : NearNum;else return NearNum;case CANCEL:return 0xFFFF;case DEL:if(Point == 0){Data = (u16)Data / 10;} else if(Point == 1){ShowString(0, 6, " ");SendX(Co, SS(15));Point = 0;break;} else {for(i = 0; i < Point - 1; i++){Data *= 10;}Data = (u16)(Data/10);for(i = 0; i < Point - 2; i++){Data /= 10.0;}Point -= 1;}NearNum = (u16)(Data / NFundation + 0.5);ShowFloat(1, 9, NearNum);LCD_ShowFloat(0, 8, "%7g", Data);break;}}
}// 设置
void Motor_Set(){extern Motor Setting;// 转向置零，背景灯，单次旋转角度，重置基准旋转角，重置u8 code msg[5][6] = {"Turn ", "Pause", "RBase", "RSet "};u8 Key, ch = 0;SendX(Co, CL);ShowString(0, 0, "Other Setting");ShowString(1, 0, msg[0]);if(Setting.Turn_Zero) ShowString(1, 13, "Yes");else ShowString(1, 13, " NO");while(1){Key = GetKey(1);switch(Key){case UP:case LEFT:if(!ch) ch = 3;else ch--;goto Moto_Set_1;case DOWN:case RIGHT:if(ch == 3) ch = 0;else ch++;
Moto_Set_1:ShowString(1, 0, msg[ch]);switch(ch){case 0:if(Setting.Turn_Zero) ShowString(1, 9, " YES");else ShowString(1, 9, " NO");break;case 1:ShowFloat(1, 9, Setting.Rotation);break;case 2:ShowString(1, 9, " ");break;case 3:ShowString(1, 13, " ");}break;case YES:case ENTER:case SET:switch(ch){case 0:Setting.Turn_Zero = !Setting.Turn_Zero;if(Setting.Turn_Zero) ShowString(1, 13, "YES");else ShowString(1, 13, " NO");break;break;case 1:Key = GetNum(Setting.Rotation, msg[1]);if(Key == 0xFFFF) Setting.Rotation = 1;else Setting.Rotation = Key;SendX(Co, CL);ShowString(0, 0, "Other Setting");ShowString(1, 0, msg[ch]);ShowFloat(1, 9, Setting.Rotation);break;case 2:Setting.Angle = 0;return;case 3:if(Setting.Angle > DData / 2) Revolve(Setting.Orientation, DData - Setting.Angle);else Revolve(!Setting.Orientation, Setting.Angle);Setting.Orientation = DOrientation;Setting.Angle = DAngle;Setting.Turn_Zero = DTurn_Zero;Setting.Rotation = DRotation;return;}break;case CANCEL:case DEL:case CORRECT:case ANTI:return;}}
}// 主界面显示
void MainShow(){SendX(Co, SW(1, 0, 0));SendX(Co, CL);ShowString(0, 0, "Angle:");ShowFloat(0, 9, Setting.Angle);ShowString(1, 0, "Dirction:");if(Setting.Orientation)ShowString(1, 9, "Correct");elseShowString(1, 9, " Anti");
}// 主函数
void main(){u16 Key;LCD_Init();MainShow();while(1){switch(GetKey(0)){case UP:case RIGHT: // 上/右Revolve(Setting.Orientation, Setting.Rotation);Setting.Angle += Setting.Rotation;ShowFloat(0, 9, Setting.Angle);break;case LEFT:case DOWN: // 左/下Revolve(!Setting.Orientation, Setting.Rotation);Setting.Angle -= Setting.Rotation;ShowFloat(0, 9, Setting.Angle);break;case CORRECT: // 正方向case ANTI: // 反方向 更改：方向切换if(!Setting.Orientation){ShowString(1, 9, "Correct");if(Setting.Turn_Zero){Setting.Angle = DData - Setting.Angle;ShowFloat(0, 9, Setting.Angle);} else {if(Setting.Angle > DData / 4)Revolve(Setting.Orientation, DData - Setting.Angle * 2);elseRevolve(!Setting.Orientation, Setting.Angle * 2);}Setting.Orientation = 1;} else {ShowString(1, 9, " Anti");if(Setting.Turn_Zero){Setting.Angle = DData - Setting.Angle;ShowFloat(0, 9, Setting.Angle);} else {if(Setting.Angle > DData / 4)Revolve(Setting.Orientation, DData - Setting.Angle * 2);elseRevolve(!Setting.Orientation, Setting.Angle * 2);}Setting.Orientation = 0;}break;case NUM_0: // 累加Setting.CH = 1;case YES:case ENTER: // 确定/回车Key = GetNum(0, "Angle");goto Adjustment;break;case NUM_7: // 角度输入case NUM_9:Setting.CH = 1;case NUM_1:case NUM_3:Key = GetAngle();
Adjustment:if(Setting.CH){if(Key != 0xFFFF){Revolve(Setting.CHH == 1 ? Setting.Orientation : !Setting.Orientation, Key);if(Setting.CHH){Setting.Angle += Key;}else{Setting.Angle -= Key;}}Setting.CH = 0;} else {if(Key != 0xFFFF){if(Key > Setting.Angle){if (Key - Setting.Angle > DData / 2)Revolve(!Setting.Orientation, DData - Key + Setting.Angle);elseRevolve(Setting.Orientation, Key - Setting.Angle);} else {if(Setting.Angle - Key > DData / 2)Revolve(Setting.Orientation, DData- Setting.Angle + Key);elseRevolve(!Setting.Orientation, Setting.Angle - Key);}Setting.Angle = Key == DData ? 0 : Key;}}MainShow();break;case SET: // 设置Motor_Set();MainShow();break;case CANCEL: // 角度清零case DEL:Setting.Angle = 0;ShowFloat(0, 9, Setting.Angle);break;}}
}
此次设计，主要针对步进电机的转动设置，我设计了几大界面，主界面、标定角度设置界面、标定角度设置调整、最近角度设置、最近角度调整以及其他设置功能，设计根据按键进行介绍，按键的功能将直接以表格的形式呈现，后期详解该功能将以坐标写出，比如第3行第4列的按钮坐标为(3, 4)。
主界面
主界面下，各按键的功能如下
| 按键 | 第1列 | 第2列 | 第3列 | 第4列 |
|---|---|---|---|---|
| 第1行 | 最近角度设置 | 当前角度+单次旋转角度 | 最近角度设置 | 角度清零 |
| 第2行 | 当前角度-单次旋转角度 | 标定角度设置 | 当前角度+单次旋转角度 | 标定角度设置 |
| 第3行 | 最近角度调整 | 当前角度-单次旋转角度 | 最近角度调整 | 角度清零 |
| 第4行 | 旋转方向反转 | 标定角度调整 | 旋转方向反转 | 设置键 |
各功能介绍：
- 最近角度设置：根据用户输入指定角度，系统自动调整到旋转到离此角度最近的角度。
- 当前角度+单次旋转角度：当按下指定按键后，根据我们所设置的旋转方向旋转标定旋转角度。标定旋转角度值为Setting.Rotation中设置。
- 角度清零：将Setting.Angle的值清零，即将当前的角度作为默认角度，可用于校正步进电机的位置。
- 当前角度-单次旋转角度：当按下指定按键后，根据我们所设置的旋转方向的反方向旋转标定旋转角度。标定旋转角度值为Setting.Rotation中设置。
- 标定角度设置：此模式下输入值将直接与NFundation相乘，即旋转指定量的默认角度值。
- 最近角度调整：与最近角度设置基本相同，唯一的区别是设置的角度将根据当前角度增加或减少指定角度。
- 旋转方向反转：修改默认旋转方向，对角度增加或减少的功能有效，其次可以在设置中调整方向反转后是角度调整还是步进电机调整。
- 标定角度调整：与标定角度设置基本相同，唯一的区别是设置的角度将根据当前角度增加或减少指定角度。
- 设置键：进入设置功能。
除了功能当前角度±单次旋转角度和角度转换/清零没有更多界面外。其他功能都有独立界面。下面一一介绍其界面和功能键。
最近角度设置界面
最近角度设置界面下，各按键的功能如下
| 按键 | 第1列 | 第2列 | 第3列 | 第4列 |
|---|---|---|---|---|
| 第1行 | 输入1 | 输入2 | 输入3 | 退格Del |
| 第2行 | 输入4 | 输入5 | 输入6 | 确定 |
| 第3行 | 输入7 | 输入8 | 输入9 | 取消 |
| 第4行 | 小数点 | 输入0 | 小数点 | 设置 |
此界面第一行会显示你设置的角度，第二行会显示具体旋转的角度，在点击小数点后，可输入小数点后的数。最高输入三位小数+三位整数+小数点位。
此界面设置键同确认键。最大数固定为360.000，再大无法增加。
标定角度设置界面
标定角度设置界面下，各按键的功能如下
| 按键 | 第1列 | 第2列 | 第3列 | 第4列 |
|---|---|---|---|---|
| 第1行 | 输入1 | 输入2 | 输入3 | 退格Del |
| 第2行 | 输入4 | 输入5 | 输入6 | 确定 |
| 第3行 | 输入7 | 输入8 | 输入9 | 取消 |
| 第4行 | 确定 | 输入0 | 确定 | 设置 |
此界面第一行会显示你设置的基值，第二行会显示乘以Motor.h中宏定义的DFundation后具体设置的角度，只能输入整数。
此界面设置键同确认键。最大数固定为Motor.h中宏定义的DData，带自动调整功能。
最近角度调整界面
最近角度调整界面下，各按键的功能如下
| 按键 | 第1列 | 第2列 | 第3列 | 第4列 |
|---|---|---|---|---|
| 第1行 | 输入1 | 输入2 | 输入3 | 退格Del |
| 第2行 | 输入4 | 输入5 | 输入6 | 确定 |
| 第3行 | 输入7 | 输入8 | 输入9 | 取消 |
| 第4行 | 正负方向选择 | 输入0 | 小数点 | 设置 |
此界面和最近角度设置界面类似，唯一多的是前方的＋/-号，+号表示沿当前设置方向旋转设置角度，-号表示沿当前设置方向的反方向旋转设置角度。输入上将按钮(4,1)修改为正负方向选择。
标定角度调整界面
标定角度调整界面下，各按键的功能如下
| 按键 | 第1列 | 第2列 | 第3列 | 第4列 |
|---|---|---|---|---|
| 第1行 | 输入1 | 输入2 | 输入3 | 退格Del |
| 第2行 | 输入4 | 输入5 | 输入6 | 确定 |
| 第3行 | 输入7 | 输入8 | 输入9 | 取消 |
| 第4行 | 正负方向选择 | 输入0 | 正负方向选择 | 设置 |
此界面和标定角度设置界面类似，唯一多的是前方的＋/-号，+号表示沿当前设置方向旋转设置角度，-号表示沿当前设置方向的反方向旋转设置角度。输入上将按钮(4,1)和按钮(4,3)修改为正负方向选择。
设置界面
设置界面下有Turn、Pause、RBase、RSet几个功能。Pause下有其他界面，其他设置界面差不多，设置界面如下图：
设置界面下，各按键的功能如下
| 按键 | 第1列 | 第2列 | 第3列 | 第4列 |
|---|---|---|---|---|
| 第1行 | 无功能 | 上一个 | 无功能 | 退格Del |
| 第2行 | 上一个 | 切换/设置 | 下一个 | 切换/设置 |
| 第3行 | 无功能 | 下一个 | 无功能 | 退出 |
| 第4行 | 退出 | 无功能 | 退出 | 切换/设置 |
输入中能进入更多设置界面的进入更多界面，否者为切换模式。
- Turn设置转向后的操作，设置为Yes时，进行换算角度，不转动电机。设置为No时转动电机，不切换角度。
- Pause设置单次旋转角度，即Setting.Rotation，可按按钮(2,2)、(4, 2)、(4,4)进入数据设置界面，界面如下：
此界面按钮与标定角度设置按钮模式相同，当此值设定为0时，功能当前角度±单次旋转角度无效。 - RBase功能同角度清零。
- RSet将角度与设置恢复为默认设定值，此处的恢复无法恢复角度清零产生的影响。
四、工程下载
下面，是喜闻乐见的工程代码，提供CSDN下载链接和百度的下载链接。
文件为此文章的附加资源，若无在CSDN下载的意向，可以通过百度网盘下载。
备注：此文件只包含程序和仿真，无PCB制作图，因学校设计要求，设计的PCB只有外围电路，参考价值不大。同时也无模块购买链接，需自行购买或找我要也可。程序报错可私信我共同解决(PS:不经常看CSDN私信)。
CSDN下载链接：51单片机角度控制（包含程序+仿真）
百度下载链接：51单片机角度控制（包含程序+仿真） 提取码yadu
