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基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统设计

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基于AT89C51单片机步进电机控制

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基于AT89C51单片机步进电机控制————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：控制系统项目课程设计论文题目：基于AT89C51单片机步进电机控制姓名陈悟宇学号201103820129年级2011级专业飞行器制造工程系（院）机械工程学院指导教师徐波2014年5月23日目录摘要： (3)1设计要求 (3)2步进电机原理 (3)2.1步进电机工作方式32.2框图设计52.3知识点63硬件设计 (6)3.1电路原理63.2驱动电路73.3晶振电路73.4总体电路图84软件设计 (8)4.1程序流程图84.2程序清单105遇到的问题及解决方案 (10)5.1问题105.2解决方法10参考文献 (10)设计心得体会 (11)附录一．原器件清单 (12)附录二．Proteus 仿真图 (14)附录三．ULN2003作用及引脚介绍 (15)附录四．程序清单 (17)基于AT89C51单片机步进电机控制摘要：步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中。

由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用。

大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。

关键词：步进电机单片机控制1设计要求（1）最小系统：选择AT89C51单片机为核心元件构成系统。

有时钟产生电路和复位电路。

（2）控制电路：C语言编程控制。

由操作者根据相应的工作需要进行操作。

（3）驱动部分：对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动.（4）主要功能：实现步进电机的正转，反转，加速，停转。

2步进电机原理2.1步进电机工作方式由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备----步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图1所示控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。

基于AT89C51单片机步进电机控制系统的设计

基于AT89C51单片机步进电机控制系统的设计

总第170期2008年第8期 舰船电子工程S hi p E lectronic Engineering V ol .28N o .8 204 基于A T 89C 51单片机步进电机控制系统的设计3杨辉媛1)　杨红海2)　谭伟杰1)(湖南省吉首大学物理信息工程学院1)　吉首　416000)(湖南省张家界市慈利县第二职中2)　张家界　427200)摘　要　通过A T89C 51单片机及脉冲分配器(又称逻辑转换器)P MM 8713完成步进电机各种运行方式的控制。

实现步进电机在三拍、六拍工作方式下的正反转控制、无级调速控制等功能。

整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过人机交互接口可实现各功能设置,操作简单,易于掌握。

关键词　步进电机;单片机控制;A T89C51;P MM 8713中图分类号　T P368.1D esign of Control System for S tep M otor B ased on AT 89C 51Y ang H uiy uan 1)　Yang H ong hai 2)　T an W eijie1)(College of Physics Sc i ence and Infor m ati on E nginee ri ng,J ishou U niversity 1),J i shou 416000)(The S econd V oca tional SeniorM i ddle S chool ,C ili C ounty,Z hangji a jie C ity,H unan P rovi nce 2),Zhajjiajie 427200)A b s tra c t This system w hich se l ec ts the S i ngl e -chip co mpute r A T89C51and the pulse di v i der P MM 8713to control step m otor ’s each m ovem ent m ethod m ay rea lize the func tions such as turning i n its w orking m ode and changing it s speed w ith step less f requency conversion in three pa ts or six pa ts m ode .D ue to the m odular design of the ove rall system and the si m ply and reli 2able structure,the syst em has m any advantages such as good ext ensibility through m an -m achine interac tion,si m ple ope ration and easy to m aste r .Ke y w o rd s step m otor,single -chi p computer control ,A T89C51,P MM 8713C l a s s N um be r TP368.11　引言单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、放像机(V CD 、DV D 等)、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器械、条码扫描仪以及各种可控机械工具等等。

基于AT89C51单片机的电机控制系统设计_课程设计报告

基于AT89C51单片机的电机控制系统设计_课程设计报告

基于AT89C51单片机的电机控制系统设计前言我国步进电机的研究及制造起始于本世界50年代后期，从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。

我国在文化大革命中开始大量生产和应用步进电机，例如江苏、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生产，而且都在各行业使用，其中的驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。

中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。

70年代初期，步进电机的生产和研究都有所突破，除反映在驱动器设计方面的长足进步以外，对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高的水平。

70年代中期至80年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。

至80年代中期以来，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。

国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。

一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。

国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。

国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。

目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。

仅仅处于一种盲目的仿制阶段。

这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。

基于AT89C51单片机步进电机控制系统的设计

基于AT89C51单片机步进电机控制系统的设计

基于AT89C51单片机步进电机控制系统的设计
杨辉媛;杨红海;谭伟杰
【期刊名称】《舰船电子工程》
【年(卷),期】2008(028)008
【摘要】通过AT89C51单片机及脉冲分配器(又称逻辑转换器)PMM8713完成步进电机各种运行方式的控制.实现步进电机在三拍、六拍工作方式下的正反转控制、无级调速控制等功能.整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过人机交互接口可实现各功能设置,操作简单,易于掌握.
【总页数】3页(P204-206)
【作者】杨辉媛;杨红海;谭伟杰
【作者单位】湖南省吉首大学物理信息工程学院,吉首,416000;湖南省张家界市慈
利县第二职中,张家界,427200;湖南省吉首大学物理信息工程学院,吉首,416000【正文语种】中文
【中图分类】TP368.1
【相关文献】
1.基于AT89C51单片机的步进电机控制系统设计 [J], 魏印龙;张向阳;孔令扬
2.基于单片机AT89C51的步进电机控制系统设计 [J], 娄俊;朱志甫
3.基于单片机AT89C51的步进电机控制系统设计 [J], 娄俊;朱志甫
4.基于AT89C51单片机的步进电机伺服系统设计 [J], 周云聪
5.基于AT89C51单片机的步进电机控制系统 [J], 常喜;姜文龙;丁桂英
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基于AT89C51单片机的步进电机控制系统 江荣懿

基于AT89C51单片机的步进电机控制系统 江荣懿

基于AT89C51单片机的步进电机控制系统江荣懿摘要：以提升步进电机控制质量与效率为目标，结合步进电机控制系统工作原理提出基于AT89C51单片机下的步进电机控制系统设计方案，从硬件系统与软件系统出发进行具体实践。

研究表明基于AT89C51单片机下的步进电机控制系统控制精度相对较高，具有良好节能作用，实现了步进电机控制系统应用价值的有效提升。

关键词：AT89C51单片机；步进电机；控制系统引言步进电机（stepping motor）又被称为“脉冲电动机”，是一种通过转换电脉冲信号实现控制的执行装置，在过程控制系统与仪表控制元件系统中具有广泛应用。

步进电机控制系统价格低、结构相对简单，稳定性、控制性较高，因此在机械设备中具有广泛应用。

对此，在单片机技术逐渐成熟，电机应用要求日渐提升的背景下，进行步进电机控制系统的优化设计，提升步进电机控制系统应用价值，已成为相关工作人员研究的重要内容，具有重要现实意义。

1步进电机控制系统工作原理由步进电机定义可知，步进电机控制系统的工作原理主要是通过将系统结接受的电脉冲信号转换为角位移或线位移，进行开环控制。

因此，在步进电机控制系统控制质量与效率与电脉冲信号的脉冲次数、频率等存在密切关联性，通过控制脉冲信号，可实现步进电机的有效控制。

就传统的步进电机控制系统而言，主要是通过利用触发器控制系统脉冲从而控制步进电机的。

此方法下的步进电机电能消耗量较大，系统控制电路相对复杂，整体功率较低，控制精度度不足且无法实现人机之间的有效交互[1]。

因此，加强步进电机控制系统优化设计已成为相关工作人员思考的重点内容。

而单片机技术的发展与应用，为步进电机控制系统设计提供了新动力。

以单片机系统为步进电机系统核心控制体系，可实现信号的有效控制，强化对电机电压与电流的监测力度，提升控制质量，降低步进电机控制系统能耗。

2基于AT89C51单片机的步进电机控制系统设计2.1系统硬件设计基于AT89C51单片机的步进电机控制系统，主要是由单片机系统结构、按键控制电路结构、驱动电路结构与步进电机共同组成[2]。

课程设计(论文)-基于AT89C51单片机的步进电机控制系统设计模板

课程设计(论文)-基于AT89C51单片机的步进电机控制系统设计模板

摘要近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。

本次课程设计是用单片机来控制步进电机的定位和正反旋转。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

整个系统有89C51单片机控制系统，L298驱动电路，4*4的键盘控制电路，LED显示电路。

用89C51单片机控制两相四线步进电机，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲的相序来改变步进电机的转动方向，从而达到的控制正反转的目的。

本系统采用单片机AT89C51为中心器件来控制步进电机，系统实用性强。

关键字：单片机；步进电机；脉冲；步距角目录1 前言 (3)2 步进电机工作原理 (4)2.1两相步进电机结构 (4)2.2两相步进电机的原理 (4)2.3两相步进电机的供电方式 (5)3 硬件系统设计 (6)3.1系统总体设计框图 (6)3.2单片机系统 (6)3.3时钟信号控制电路 (7)3.4电源电路 (8)3.5驱动电路 (8)3.6显示电路 (9)3.7 4*4键盘电路 (9)4 软件系统设计 (10)4.1主程序流程图及源代码 (10)4.2扫描键盘流程图及源代码............... . (11)4.3 LED显示流程图及源代码 (12)5 开发系统简介.............................. . (14)5.1 W A VE6000编译器简介 (14)5.2 protues仿真平台简介 (14)6 仿真结果及分析 (16)7 课程设计总结 (19)附录 (20)1 前言本次课程设计是以步进电机控制和驱动为要求，用单片机来控制步进电机的定位和正反旋转圈数的显示。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

毕业设计：基于AT89C51的步进电机控制(2)

毕业设计：基于AT89C51的步进电机控制(2)

基于AT89C51的步进电机控制摘要本设计采用ATMEL系列的单片机对步进电机进行控制，实现以下功能：开机后，电机不转，按下启动键，电机旋转；按下正转键，电机正转；按下反转键，电机反转。

实现这一功能，系统的硬件部分应由四模块构成：输入模块、单片机控制模块、步进电机驱动模块、步进电机模块。

通过键盘输入，单片机编程控制，输出信号给步进电机驱动电路ULN2003A，最后由ULN2003A驱动步进电机按规定的方向运转。

用单片机控制步进电机，可以简化硬件电路，可同时实现各种功能，如步进电机的加减速，步进电机正反转等，当功能要求改变时，只需改变程序，而硬件电路不变，实现功能的方式简单便捷。

关键词：单片机；步进电机The Control Of Stepping Motor Based On AT89C51AbstractStepping motor is controlled by the microcontroller , a sort of ATMEL series ,in the design. The function can be realized as follows：When the start button is pressed, motor begins to run；When the foreward button is pressed，motor begins to run in the positive direction；When the reversional button is pressed，motor begins to run in the opposite direction. To realize the features described above，the circuits should consist of four modules：input circuit，microcontroller，drive circuit of stepping motor and stepping motor. After the input of keyboard and programming of microcontroller，stepping motor is driven in the direction set by ULN2003A circuit which accepts output signal.The control of stepping motor by :microcontroller can simplify the circuit and can realize many functions，e.g. it can change the operation mode of stepping motor and speed，and so on. When the function need to be changed，the same circuit can be used and the only thing that you should do is to modify program . So it is convenient to use microcontroller to realize the control of motor .Keyword :microcontroller ；stepping motor目录第1章. 绪论.................................................................................................................... - 1 -1.1. 单片机的特点............................................................................................... - 1 -1.2. 单片机的发展趋势....................................................................................... - 1 -1.3. 单片机的任务............................................................................................... - 2 -第2章. 系统设计............................................................................................................ - 4 -2.1. 设计要求....................................................................................................... - 4 -2.2. 设计构思....................................................................................................... - 4 -2.3. 设计元件的选型........................................................................................... - 5 -第3章. 系统核心元件的介绍........................................................................................ - 6 -3.1. 单片机简介................................................................................................... - 6 -3.1.1. 单片机的基本组成............................................................................ - 6 -3.1.2. 单片机的特点.................................................................................... - 8 -3.1.3. 单片机的应用.................................................................................... - 8 -3.2. AT89C51的简介............................................................................................ - 9 -3.2.1. AT89C51的结构................................................................................. - 9 -3.2.2. AT89C51的引脚介绍....................................................................... - 10 -第4章. 系统的硬件设计.............................................................................................. - 12 -4.1. 输入电路的设计......................................................................................... - 12 -4.1.1. 键盘输入.......................................................................................... - 12 -4.1.2. 键盘接口的工作原理...................................................................... - 12 -4.2. AT89C51设计电路...................................................................................... - 13 -4.2.1. 时钟电路.......................................................................................... - 13 -4.2.2. 复位电路.......................................................................................... - 14 -4.3. 步进电机驱动电路..................................................................................... - 16 -4.4. 步进电机..................................................................................................... - 17 -4.4.1. 步进电机原理.................................................................................. - 17 -4.4.2. 步进电机励磁控制.......................................................................... - 17 -4.5. 系统的总体硬件电路................................................................................. - 19 -第5章. 系统的软件设计.............................................................................................. - 21 -5.1. 系统的程序分析......................................................................................... - 21 -5.2. 软件流程图................................................................................................. - 21 -5.2.1. 键盘程序的设计.............................................................................. - 22 -5.2.2. 步进电机驱动程序.......................................................................... - 22 -第6章. 电路的仿真...................................................................................................... - 26 -6.1. 仿真的介绍................................................................................................. - 26 -6.2. 仿真的过程................................................................................................. - 26 -结束与展望..................................................................................................................... - 28 -参考文献......................................................................................................................... - 29 -致谢................................................................................................................................. - 30 -附录1：译文原文.............................................................................. 错误！未定义书签。

基于89C51的步进电机控制系统设计

基于89C51的步进电机控制系统设计

基于89C51的步进电机控制系统设计步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用。

随着大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。

本文利用51单片机，达到控制步进电机的启动、停止、正转、反转、两档速度和状态显示的目的，使步进电机控制更加灵活。

一、步进电机原理及控制技术图1是一种四相可变磁阻型的步进电机结构示意图。

这种电机定子上有八个凸齿，每一个齿上有一个线圈。

线圈绕组的连接方式，是对称齿上的两个线圈进行反相连接，如图中所示。

八个齿构成四对，所以称为四相步进电机。

（a）（b）（c）图1 步进电机结构示意图它的工作过程是这样的：当有一相绕组被激励时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短的路径流向负相齿，而其他六个凸齿并无磁通。

为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转子被强迫移动，使最近的一对齿与被激励的一相对准。

在图1（a）中A相是被激励，转子上大箭头所指向的那个齿，与正向的A齿对准。

从这个位置再对B相进行激励，如图1中的（b），转子向反时针转过15°。

若是D相被激励，如图1中的（c），则转子为顺时针转过15°。

下一步是C相被激励。

因为C相有两种可能性：A—B—C—D或A—D—C—B。

一种为反时针转动；另一种为顺时针转动。

但每步都使转子转动15°。

步进电机的控制主要包括：换相顺序的控制、步进电机的换向控制、步进电机的速度控制、步进电机的起停控制、步进电机的加减速控制等控制二、控制电路设计思想步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。

即步进电机是将电脉冲信号转换为机械角位移的执行元件。

步进电机的控制可以用硬件，也可以用软件通过单片机实现。

硬件方法是采用脉冲分配器芯片进行通用换相控制；而软件方法是用单片机产生控制脉冲来控制步进电机的运行状态，这种方法可简化电路，降低成本。

单片机AT89c51控制步进电动机设计.

单片机AT89c51控制步进电动机设计.

第一章前言1.1步进电机简介步进电机最早是在1920年由英国人所开发。

1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。

以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。

在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。

随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。

步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。

一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。

步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。

在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。

因此非常适合于单片机控制。

步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。

步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。

传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

第二章步进电机工作原理及系统方案论证2.1步进电机工作原理2．1．1步进电机结构电机转子均匀分布着40个小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定子和转子的展开图：图2.12．1．2 步进电机的旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。

基于.AT89C51单片机的步进电机控制和驱动电路设计说明书

基于.AT89C51单片机的步进电机控制和驱动电路设计说明书

基于AT89C51单片机的步进电机控制及驱动电路设计引言国内控制器的研究起步较晚.运动控制技术为一门多学科交叉的技术.是一个以自动控制理论和现代控制理论为基础.包括许多不同学科的技术领域。

如电机技术、电力电子技术、微电子技术、传感器技术、控制理论和微计算机技术等.运动控制技术是这些技术的有机结合体。

总体上来说.国内研究取得很大的进步.但无论从控制器还是从控制软件上来看.与国外相比还是具有一定差距。

传统上由纯电路设计的步进电机控制和驱动电路一般较复杂.成本又高.而且一旦成型就难于修改.可移植性差.难以适应一些智能化要求较高的场合。

单片机的普及与应用.为步进电机的应用开辟了广阔的前景.使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现.将会避免复杂电路的设设计.既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性、可靠性及多功能性。

本文主要介绍了步进电机的基本原理及AT89C51单片机的性能特点。

设计主要研究了一种基于AT89C51单片机和ULN2003驱动芯片的步进电机控制及驱动电路系统。

该系统可分为：控制模块、驱动模块、显示模块、人机交互模块四大部分。

其中采用AT89C51单片机作为控制模块的核心.利用单片机编程实现了对步进电机启动停止、正转反转、加速减速等功能的基本控制。

驱动模块由芯片ULN2003A驱动步进电机工作；显示部分由七段LED共阴数码管组成；人机互换部分由相应的按键实现相应的功能。

通过实际测试表明本设计系统的性能优于传统步进电机控制器.具有结构简单、可靠性高、实用性强、人机接口简单方便、性价比高等特点。

目录1设计原理及方案 (4)1.1 设计原理 (4)1.2 设计方案 (4)1.2.1 方案一 (5)1.2.2 方案二 (6)1.2.3 方案比较及选择 (7)2 设计实现 (8)2.1 主要元器件介绍 (8)2.1.1 四相六线步进电机的介绍 (8)2.1.2 AT89C51单片机芯片介绍 (10)2.1.3 ULN2003芯片介绍 (11)2.1.4 LED七段数码管介绍 (11)2.2 步进电机控制及驱动系统电路设计实现 (12)2.2.1 硬件设计 (12)2.2.2 软件设计 (15)3 电路调试 (15)3.1 软件的仿真 (16)3.2 硬件电路的调试 (17)4 数据分析及总结 (18)4.1 测试数据及说明 (18)4.2 总结 (19)参考文献 (19)附录 (20)1设计原理及方案1.1 设计原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

基于AT89C51单片机控制的步进电机

基于AT89C51单片机控制的步进电机

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基于AT89C51单片机控制的步进电机
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 余晓敏 安阳钢铁集团有限责任公司运输部,河南安阳,455004 消费电子 Consumer Electronics Magazine 2014(10)
Computer ＡＴ８９Ｃ５１ 单片机控制的步进电机
余晓敏 （安阳钢铁集团有限责任公司运输部，河南安阳 455004） 摘 要：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。这一线性关系的存在，加上步进电机只有 周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。本设计采用 ＡＴ８９Ｃ５１ 对步进电机进行控制，通过 ＩＯ 口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过 Ａ３９６７ＳＬＢ 驱动步进电机；同时，用 ４Ｘ４ 的键盘来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速，并且采用 ７４ＬＳ１６４ 作 为 ４ 位单个数码管的显示驱动，从单片机输入信号。从而实现对步进电机的控制。 关键词：步进电机；单片机；驱动电路；键盘；数码管 中图分类号：ＴＭ３８３．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４－７７１２ （２０１４） １０－０１７０－０１ 一、方案比较和论证 （一）对于步进电机驱动的设计 方案一：使用多个功率放大器件驱动电机：通过使用不 同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大的要 求，放大后能够得到较大的功率。但是由于使用的是四相的 步进电机，就需要对四路信号分别进行放大，由于放大电路 很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定， 而且电路的制作也比较复杂。 方案二：使用 A3967SLB 驱动电机：A3967SLB 是驱动二 相步进电机专用驱动器。它的工作电压可达 30V，驱动电流达 750mA，一个 A3967SLB 即可驱动一台二相步进电机，可实现 8 细分驱动。另外，A3967SLB 还能提供完善的保护措施，包括 抑制瞬态电压， 过热保护、 防止电流直通、 欠电压自锁等功能。 通过对两种方案的比较得到：A3967SLB 和微处理器之间 不需要附加其他的接口电路， 该芯片采用 Easy Stepper 接口， 将 8 条控制线减少了 2 条（步长和方向），只要简单输入控 制步进电机的脉冲，其内嵌的转换器就可以实现对步进电机 的控制。A3967SLB 还需要一些电阻、电容来调整其工作参数， 整个驱动电路非常简单。所以在此我选择方案二。 （二）数码管显示电路的设计 方案一：并行接法：使用并行接法时要对每个数码管用 IO 口单独输入数据，占用资源较多。 方 案 二： 串 行 接 法： 设 计 中 要 显 示 4 位 数 字， 用 74LS164 作为显示驱动，其中带锁存，使用串行接法可以节 约 IO 口资源，但要使用 SIO，发送数据时容易控制。 通过对两种方案的比较得到：由于设计中用一块单片机 进行控制，资源有限，选择了方案二。另外，使用锁存也起 到节约资源的作用。 二、单片机控制步进电机原理 步进电机 2 个相邻磁极之间的夹角为 60°。线圈绕过相 对的 2 个磁极，构成一相（A-A′，B-B′，C-C′ )。磁极上 有 5 个均匀分布的矩形小齿，转子上没有绕组，而有 40 个小 齿均匀分布在其圆周上，且相邻 2 个齿之间的夹角为 9°。步 进电机的单片机控制步进电机控制的最大特点是开环控制，不 需要反馈信号。 因为步进电机的运动不产生旋转量的误差累积。 三、硬件设计 （一）基于 A3967SLB 步进电机驱动电路。MS1 和 MS2 是 步进电机细分分辨率选择的逻辑输入口；DIR 是电机运转方 向的选择口；RESET 用于重置芯片初始值， 屏蔽所有外部输出； STEP 为脉冲输入端口；OUT1A、OUT1B、OUT2A、OUT2B 为 H 桥 的两对输出端口。最大限流 Imax 是由取样电阻 Rs 和取样比 较器的输入参考电压 Vref 决定的，整个驱动电路非常简单。 其中 Imax ＝ Vref/8Rs。 （二）通信电路。在最简单的 RS － 232 直接传送通信 系统中，只要发送和接受双方同时准备好，仅用信号发送端 （TXD）、信号接收端（RXD）和信号地（GND）3 根信号线就 可以进行通信；若以应答方式进行数据通信，可使用请求发 送（RTS）、清除发送（CTS）或数据终端准备（DTR）、数据 装置准备（DSR）4 个信号进行硬件握手。在 AT89C52 单片机 系统中，分别从 P3.0 和 P3.1 引出串口线 RXD 和 TXD，通过 专用的电平转换芯片转换成 RS － 232 接口标准的电平， 这样， 二者之间就可以通过 RS － 232 接口进行数字信号的传送。 单片机可以通过直接传送或应答握手的方式与主机进行 数据通信，但由于握手方式占用其它端口，而单片机的端口数 量有限， 所以， 计算机与单片机的通信常采用直接传送的方式。 （三）数码管显示电路的设计。数码管的显示驱动使用 74LS164，通过 SPCE061A 的 IOB0 和 IOB1 口对 DATA 和 CLK 发 送数据。 （四） 4x4 键盘电路。 在设计中， 使用了标准的 4x4 键盘， 单片机的 A 口低 8 位为键盘的接口。尽管设计要求中只需要 4 个键对步进电机的状态进行控制，但考虑到对控制功能的 扩展，使用了 4x4 的键盘。 四、软件设计 软件部分的设计主要包括下位机按 MCU 的接收程序、脉 冲控制程序以及上位机的串口发送程序。上位机与下位机之 间进行数据通信。上位机的程序主要通过 Windows 可视化编 程 VC++ 实现。 下位机程序主要负责接受 PC 发来的数据，按照要求产生 控制脉冲，具体流程为：首先对要使用的串口进行初始化， 然后 P2 输出口清零，接着进入住程序的死循环，等待中断触 发。接收一个字节的数据，RI ＝ 1，接着将 RI 清零。当单片 机接收完数据后，标志位置 1。将缓存中的数据存入控制的变 量中， 以便控制时使用 （具体操作时先法数据帧再发启动帧） 。 五、结束语 结合以上介绍的基于 A3967SLB 的步进电机控制系统， 在 VC++ 环境下，利用 MSComm 控件实现了 PC 与单片机之间 的串行通信。实验结果表明，用这种方式实现上位机对基于 A3967SLB 的步进电机的控制系统进行精确的驱动可行有效。 本系统中，利用 PC 的丰富软硬件资源和强大的系统功能，可 进行一些数据处理、显示等工作；而从控制器 AT89C51 则用 于实时控制。另外，该系统为开放式结构，便于系统升级。 参考文献： ［１］ 李华 ． 单片机原理及应用 ［Ｍ］． 兰州 ： 兰州大学出版 社 ，２００１． ［２］ 何立民 ． 单片机应用技术选编 ［Ｍ］． 北京 ： 北京航空航 天大学出版社 ，１９９９． ［３］ 郝鸿安 ． 常用数字集成电路应用手册 ［Ｍ］． 北京 ： 中国 计量出版社 ，１９８７． ［４］ 王鸿钰 ． 步进电机控制技术入门 ［Ｍ］． 上海 ： 同济大学 出版社 ，１９９０．

基于AT89C5单片机的步进电机控制系统设计

基于AT89C5单片机的步进电机控制系统设计

毕业设计摘要步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。

具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。

本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机能根据设定的参数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启动和停止。

硬件是以AT89C51单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。

软件部分采用C语言编程，主要包括键盘显示程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。

关键词：步进电机控制系统；调速；单片机AbstractStepping motor is a kind of digital control system components. It can achieve quick start-up, positive inversion, stopping and speed control, according to the control pulse. It has high precision step angle, and can be self-locking when it keeps still. As these characteristics, stepping motor in automatic control system, especially in the open loop control system has been widely applied.This article mainly focuses on taking Single-chip Computer and cycle pulse distributor as the core, and designing the stepping motor control system. Through the design of the software and hardware debugging, it realizes controlling the step motor’s accel eration and deceleration automatically, according to parameter setting. Making the system arrive the end point with the shortest time, but not occur outing of step. Besides it can accurately achieve start-up, positive inversion and shutdown. Hardware takes AT89C51 as the core of control circuit, mainly including: cycle pulse distributor, keyboard and display circuit, stepping motor driving circuit, etc. Software part adopts the C language programming, mainly including keyboard and display program, stepping motor speed control program, stop judging program, etc.Key words: Stepping motor control system; speed control; Single-chip Compute目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (I)第一章引言 (1)1.1 课题提出的背景和研究意义 (1)1.2 课题的主要研究内容 (2)1.3 本章小结 (2)第二章步进电机控制系统设计 (3)2.1 步进电机的原理 (3)2.1.1 三相单三拍通电方式 (3)2.1.2 三相双三拍通电方式 (5)2.1.3 三相六拍通电方式 (6)2.2 环形脉冲分配器 (8)2.3 续流电路 (12)2.3.1 二极管续流 (13)2.3.2 二极管—电阻续流 (14)2.4 步进电机驱动电路 (15)2.5 步进电机的变速控制 (17)2.5.1 变速控制的方法 (20)2.6 步进电机在自动生产线中的应用 (20)2.7 本章小结 (22)第三章控制系统硬件设计 (23)3.1 硬件系统设计原则 (23)3.2 控制系统组成 (24)3.3 主要元件的选择 (24)3.3.1 单片机的选择 (24)3.3.2 EPROM的选择 (25)3.3.3 可逆计数器的选择 (27)3.4 控制系统接口电路的设计 (28)3.4.1 环形脉冲分配器设计 (28)3.4.2 显示电路设计 (29)3.4.3 外部复位电路设计 (30)3.5 控制系统整体电路设计 (31)3.6 本章小结 (32)第四章控制系统软件设计 (32)4.1 软件系统设计原则 (32)4.2 步进电机控制系统功能设计 (33)4.3 主程序设计 (34)4.3.1 主程序工作过程 (34)4.3.2 主程序工作流程图 (35)4.3.3 定时器T0中断程序流程图 (35)4.4 Proteus仿真 (38)4.5 显示程序设计 (40)4.6 键盘程序设计 (41)4.7 调速程序设计 (42)4.7.1 20BY步进电机参数 (42)4.7.2 步进电机转速与频率的关系 (42)4.8 本章小结 (44)第五章结束语 (44)参考文献 (45)第一章引言1.1 课题提出的背景和研究意义由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中都得到了广泛的应用。

毕业设计-基于AT89C51单片机的步进电机控制及驱动电路设计

毕业设计-基于AT89C51单片机的步进电机控制及驱动电路设计

引言国内控制器的研究起步较晚，运动控制技术为一门多学科交叉的技术，是一个以自动控制理论和现代控制理论为基础，包括许多不同学科的技术领域。

如电机技术、电力电子技术、微电子技术、传感器技术、控制理论和微计算机技术等，运动控制技术是这些技术的有机结合体。

总体上来说，国内研究取得很大的进步，但无论从控制器还是从控制软件上来看，与国外相比还是具有一定差距。

传统上由纯电路设计的步进电机控制和驱动电路一般较复杂，成本又高，而且一旦成型就难于修改，可移植性差，难以适应一些智能化要求较高的场合。

单片机的普及与应用，为步进电机的应用开辟了广阔的前景，使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现，将会避免复杂电路的设设计，既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性、可靠性及多功能性。

本文主要介绍了步进电机的基本原理及AT89C51单片机的性能特点。

设计主要研究了一种基于AT89C51单片机和ULN2003驱动芯片的步进电机控制及驱动电路系统。

该系统可分为：控制模块、驱动模块、显示模块、人机交互模块四大部分。

其中采用AT89C51单片机作为控制模块的核心，利用单片机编程实现了对步进电机启动停止、正转反转、加速减速等功能的基本控制。

驱动模块由芯片ULN2003A驱动步进电机工作；显示部分由七段LED共阴数码管组成；人机互换部分由相应的按键实现相应的功能。

通过实际测试表明本设计系统的性能优于传统步进电机控制器，具有结构简单、可靠性高、实用性强、人机接口简单方便、性价比高等特点。

目录1设计原理及方案 (3)1.1 设计原理 (3)1.2 设计方案 (3)1.2.1 方案一 (4)1.2.2 方案二 (5)1.2.3 方案比较及选择 (6)2 设计实现 (7)2.1 主要元器件介绍 (7)2.1.1 四相六线步进电机的介绍 (7)2.1.2 AT89C51单片机芯片介绍 (9)2.1.3 ULN2003芯片介绍 (10)2.1.4 LED七段数码管介绍 (10)2.2 步进电机控制及驱动系统电路设计实现 (11)2.2.1 硬件设计 (11)2.2.2 软件设计 (14)3 电路调试 (15)3.1 软件的仿真 (15)3.2 硬件电路的调试 (16)4 数据分析及总结 (17)4.1 测试数据及说明 (17)4.2 总结 (18)参考文献 (19)附录 (20)1设计原理及方案1.1 设计原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

基于AT89C51单片机步进电机控制系统的设计

基于AT89C51单片机步进电机控制系统的设计

前言 ： 在 当今社 会的各 个领域 中频繁 出现 的步进 电机 ， 是一种 十分 优 良的
据 驱动 实现 多线 混合 方式 来控 制步 进 电机 的运行口 】 。 四 、硬件 系统 与软 件系 统的 设计 ４ １输 入设备 为 了提 高步进 电机 的灵 活性 ， 有利于 对步进 电机 的控制 和调 整 ， 需要在 步 进 电机 的输入 设备 中进行 设计 。 以键盘操 作方 式来控 制步进 电机 的运行 ， 可 以 达 到对 其系统 的 全面控 制 ， 并且 显示 出步 进 电机 运 行的 效果 等 。
４ ． ３步进 电机 设置
根据 资料反 映 ， 步进 电机与单 片机 无法进 行直接 性连接 ， 因此需 要将 两者
进行隔离， 加大电路电流。 在实际情况中， 通常采用光 电隔离方式来达到单片机
与 步进 电机 的连接 ， 使步进 电机 的集 成功 放元 件达 到独立 配 置模 式 。
４ ． ４ 电源连接 设计
科 学 论 坛
ｌ ■
基 于 ＡＴ ８ ９ Ｃ ５ １单 片机 步进 电机控 制 系统 的设 计
王贯 安
（ 中南 大学 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ １ ２ ）
［ 摘 要］ 伴 随着 社会 的 发展 ， 时代 的进 步 ， 科学 技术 水平 的提 高 ， 计算机 应 用技术 的 发展也 与 时俱进 ， 而计算 机 技术与 微 电子技 术 已经成 为工 业生 产 的重要 组 成部 分 ， 同时也 对该 技术 的要求越 来越 高 。 本文针 对Ａ Ｔ８ ９ Ｃ ５ １ 单片机 的设 计 ， 利用 单片机 自身 的定 时中断 ， 来达 到对 步进 电机 的连续调 速进 行分 析 ， 以实 现将 外 围器件 有机 结合 。 另外， 可 以使 电机驱动 电路 得到 合理 的强化 ， 用 网络 软件 等达 到合理 应用 光学 镜片 技术流 水 线 ， 使 其在 生产 应用 中得 到 良好 的发展 。 ［ 关键 词］ ＡＴ ８ ９ Ｃ ５ １ 单 片机 步进 电机 控 制 系统 中图分类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ ０ 文 献标识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） １ ３ － ０ ２ ９ ２ 一Ｏ １

基于89C51单片机的步进电动机控制系统设计

基于89C51单片机的步进电动机控制系统设计

基于89C51单片机的步进电动机控制系统设计李美艳【摘要】为了实现对步进电动机控制的需求，提出了一种基于89C51单片机控制的步进电动机系统设计方案，并完成步进电动机系统的硬件和软件设计。

单片机采用89C51系列，在单片机与步进电机之间选用74LS04与4N29组成的驱动电路，实现对单片机的保护。

该系统的软件部分采用进行C编程，能够完成对步进电动机的精确控制。

实际应用表明，所设计的控制系统具有操作简便、控制精度高、可靠性好等特点，具有较高的使用价值。

%In order to satisfy the requirement of the stepper motor control, the design of the stepper motor system based on 89C51 single-chip microcomputer is designed in this paper. and implement the design of hardware and software of the stepping motor system. Using 89C51 microcontroller series, between microcontroller and stepper motor using 74LS04 and 4N29 transistor composition of the drive circuit, to achieve the protection of single chip microcomputer.The software part of the system uses the C programming, can achieve precise control of stepper motor. The experiment and application show that the designed control system has the advantages of simple operation, high control precision, good reliability,and has the high use value.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(000)023【总页数】3页(P125-127)【关键词】步进电动机;单片机;控制精度;可靠性【作者】李美艳【作者单位】西安外事学院陕西西安 710077【正文语种】中文【中图分类】TM383.6随着数字化技术的快速发展，数字控制技术在工业控制方面得到了极其广泛的应用。

基于AT89S51单片机的步进电机控制系统设计

基于AT89S51单片机的步进电机控制系统设计

摘要步进电机是将等大多数场合。

实践证明，基于单片机控制的步进电机比传统的步进控制器具有更好的性能，更加简单、方便、可靠。

本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执行器件——步进电机。

【关键词】步进电机单片机正反转控制ABSTRACTStepper motor is the electrical pulse signal into an open loop control of angular displacement or line displacement components, it can be in accordance with the requirements of the control pulse, rapid starting,braking, reverse and speed control. Stepper motor can be driven directly from a digital signal, very convenient to use. Therefore, the stepper motor in the automatic control system, especially, has been widely used in theopen-loop control system.In this paper, based on the chip microcomputer AT89S51 and pulse distributor as the core design of stepper motor control system, through the design of software and hardware debugging, to achieve the stepper motoracceleration and deceleration control can automatically according to the set of parameters,which makes the control system in the shortest time to reach the end point control, step out of the phenomenon does not occurat the same time it can control and; stepper motor accurately, start and stop. The hardware control circuit,AT89S51 microcontroller as the core mainly includes: the ring pulse distributor, the keyboard and displaycircuit, driving circuit of stepping motor. The software is programmed by C language, including the keyboard display program, control program, stepping motor stop judging program etc..The system uses modular design, simple structure, reliable, interface for human-computer interaction through the realization of the functions, simple operation, easy to master. The system can be applied to the stepper motor control in mechatronics most occasions.Practice has proved that, the performance of single chip stepper motor control than the traditional step based on the controller has better, more simple, convenient, and reliable. The main research object of this design is the most commonly used device loop servo system -- the stepper motor.【Key words】Stepper motor SCM Positive inversion control目录前言...................................................................................................................................................... - 5 -第一章步进电机概述 (6)第一节步进电机简介 (6)第二节步进电机的研究意义 (7)第三节步进电机在我国的发展及前景 (7)第四节本章小结 (8)第二章步进电机控制系统设计方案 (9)第一节设计要求分析 (9)一、通电方式选择 (9)二、续流电路 (13)三、步进电机的变速控制 (15)第二节主要元件的选择 (17)一、单片机的选择 (17)二、EPROM的选择 (18)三、可逆计数器的选择 (19)第三节控制系统组成 (20)第四节本章小结 (20)第三章控制系统硬件设计 (21)第一节硬件系统设计原则 (21)第二节系统各模块设计 (22)一、环形脉冲分配器设计 (22)二、步进电机驱动电路设计 (23)三、显示电路设计 (24)四、外部复位电路设计 (25)第三节本章小结 (26)第四章控制系统软件设计 (27)第一节步进电机控制系统功能分析 (27)第二节主程序设计 (28)一、主程序工作过程 (28)二、主程序工作流程图 (28)三、定时器T0中断程序流程图 (28)第三节调速程序设计 (31)一、 20BY步进电机参数 (31)二、步进电机转速与频率的关系 (31)第四节键盘程序设计 (32)第五节显示程序设计 (33)第五章 Proteus仿真 (35)结束语 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录 (40)附录A 系统程序（C） (40)附录B 20BY步进电机转速与定时器定时常数关系表 (50)附录C 控制系统电路图 (52)前言单片机是现代电子技术、计算机技术的新兴领域，以单片机为代表的嵌入式系统的出现标志着现代电子系统时代的到来。

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重庆科技大学本科毕业论文基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统设计考生姓名： XXXXX X 准考证号： XXXXXXXXXXXX 专业层次：本科院（系）：XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师： XXXXXX 职称：讲师重庆科技大学二O一二年月日基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统设计考生姓名： XXXXXX准考证号： XXXXXXXXXXXX专业层次：本科指导教师： XXXXXXX院（系）：机械与动力工程学院重庆科技大学二O一二年九月二十日摘要随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。

研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。

采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。

软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。

本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过I/O口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机。

实践证明，基于单片机控制的步进电机比传统的步进控制器具有更好的性能，更加简单、方便、可靠。

本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执行器件——步进电机。

关键词：步进电机，单片机，正反转控制，键盘控制，LCD液晶显示Based on the AT89C51 single-chip stepper motor controlsystem designABSTRACTWith the development of microelectronics and computer technology, the stepper motor demand grow with each passing day, which is widely used in printers, electric toys and other consumer products, industrial robots and CNC machine tools, medical equipment and other mechanical and electrical products, the national economy in various fields are applied. Study of stepping motor control system, to improve the control precision and response speed, energy saving etc have important significance.A stepper motor can be converted into electric pulse signal of angular displacement or line displacement of the mechanical and electrical components, a stepper motor control system is mainly composed of a stepping controller, a power amplifier and a stepper motor. Using single chip microcomputer control, using software to replace the stepping controller, which has the advantages of simple circuit, low cost, reliability is increased. Software programming can produce different types of step motor excitation sequence to control stepper motor operation mode.This design is the use of AT89C51 single-chip stepper motor control, through the I/O port output timing square wave as a stepper motor control signal, the signal through the ULN2003 chip stepper motor driver.Practice has proved, based on the single chip microcomputer to control the step motor than the traditional stepping controller has better performance, more simple, convenient, and reliable. The design of the main research object is the open loop servo system in the most commonly used executive device -- stepping motor.Keywords：Stepper motor, MCU, Positive control, Keyboard control, LCD liquid crystal display目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)1.1 步进电机及其发展 (1)1.2 步进电机在我国的发展应用及前景 (1)1.3 设计研究内容 (2)2 控制系统硬件分析与设计 (3)2.1 步进电机 (3)2.1.1 步进电机的原理 (3)2.1.2 步进电机的特点 (4)2.1.3 步进电机的分类 (4)2.1.4 永磁步进电机的控制原理 (5)2.2 单片机的选择 (6)2.2.1 单片机的引脚功能 (6)2.2.2 主要特性 (6)2.3 步进电机控制系统的组成 (7)2.3.1 键盘控制电路 (7)2.3.2 LCD液晶显示电路 (8)2.3.3 步进电机驱动电路 (10)3 控制系统软件分析与设计 (13)3.1 程序流程图 (13)3.2 读键盘子程序流程图 (14)3.3 键盘处理子程序流程图 (14)3.4 电机控制中断程序流程图 (15)4 调试与改进 (17)4.1 调试与改进 (17)4.2 运行结果 (17)结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录一 (22)附录二 (27)论文原创性声明1 绪论1.1 步进电机及其发展步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。

随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。

步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。

1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。

到20世纪60年代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生。

步进电机往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。

在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

1.2 步进电机在我国的发展应用及前景我国步进电机的研究及制造起始于本世界50年代后期，从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。

我国在文化大革命中开始大量生产和应用步进电机，例如江苏、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生产，而且都在各行业使用，其中的驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。

中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。

70年代初期，步进电机的生产和研究都有所突破，除反映在驱动器设计方面的长足进步以外，对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高的水平。

70年代中期至80年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。

至80年代中期以来，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。

国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。

一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。

国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。

国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。

目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。

仅仅处于一种盲目的仿制阶段。

这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。

它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。

因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

1.3 设计研究内容本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。

本系统采用AT89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在LCD 液晶显示器上。

总体设计框图如图1.1所示:图1.1 总体设计框图 AT89C51键盘控制模块电机驱动模块 液晶显示模块 电源模块重庆科技大学本科毕业论文 2 控制系统硬件分析与设计2 控制系统硬件分析与设计2.1 步进电机步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机。