单片机控制步进电机课程设计报告

2013 ~ 2014 学年第 1 学期

《单片机原理及应用》

课程设计报告

题目：单片机控制步进电机

专业：电子信息工程

班级：

姓名：

指导教师：

电气工程学院

2013年10月20日

任务书

单片机控制步进电机

摘要

步进电机是一种电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。结合对步进电机的了解，然后对步进电机的控制原理包括步进电机的控制方式和驱动方式作了系统的说明，采用89C51单片机来控制步进电机，用c程序来控制运行。控制系统通过单片机存储器、I/O口、键盘、复位电路、晶振电路实现让步进电机正反转的功能。并通过DS18B20测温来防止步进电机的温度过高。

单片机的控制系统由AT89C51单片机控制，具有抗干扰能力强，可靠性高而系统易扩展等优势。本次课程设计着重于通过控制脉冲数来控制位移，实现准确定位。基于步进电机本身的优越性和应用的广泛性，这正是用单片机控制步进电机课程设计的实际意义。

关键字：步进电机；角位移；单片机；脉冲

目录

第一章绪论 (1)

1.1步进电机及其发展 (1)

1.2步进电机的发展应用及前景 (1)

1.3设备及工作环境 (1)

第二章系统方案整体设计 (2)

第三章硬件设计 (3)

3.1 系统硬件设计 (3)

3.1.1单片机晶振电路 (3)

3.1.2单片机复位电路 (3)

3.1.3 最小单片机系统 (4)

3.1.4键盘设计 (4)

3.1.5电机部分 (5)

3.2 系统工作原理论述 (6)

第四章软件设计 (9)

4.1 分析论证 (9)

4.1.1 步进电机运行驱动模块 (9)

4.1.2 温度采集模块 (9)

4.1.3 主函数模块 (10)

4.1.4 整体功效 (10)

4.2 程序流程图 (10)

参考文献 (17)

第一章绪论

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、、、、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。

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设备及工作环境

(1) 硬件：AT89C51单片机一片、28BYJ48步进电机一台、温度传感器DS18B20芯片。

(2) 软件：Windows操纵系统、Keil C51软件、Proteus软件。

第二章系统方案整体设计

步进电机28BYJ-48简介：

图2—1 步进电机28BYJ-48

28BYJ-48-5VDC步进电机是四相五线制电机，中间部分是转子，由一个永磁体组成，边上的是定子绕组。当定子的一个绕组通电时，将产生一个方向的电磁场，如果这个磁场的方向和转子磁场方向不在同一条直线上，那么定子和转子的磁场将产生一个扭力将定子扭转。

依次改变绕组的磁场，就可以使步进电机正转或反转(比如通电次序为A->B->C->D正转，反之则反转)。而且按照通电顺序的不同，可分为单四拍(A-B-C-D)、双四拍(AB-BC-CD-DA)、单双八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA)三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

第三章硬件设计

3.1 系统硬件设计

3.1.1单片机晶振电路

对于89C51一般的晶振可以在1.2MHZ—12MHZ之间选择，这是电容C可以对应的选择10pf-30Pf。对于本设计的电容C用30pF，晶振选用12MHZ。晶振电路解法图3-2，一条引脚接在XTAL1,另一条接在XTAL2。电路图如图2-1所示：

图3-1 晶振电路

3.1.2单片机复位电路

复位是单片机的初始化工作，复位后中央处理器CPU和单片机的其它功能部件都处在一定的初始状态，并从这个状态开始工作。为了防止程序执行过程中失步或运行紊乱，此处我们采用了上电复位及手动复位电路，电路图如图2-2所示：

图3-2 复位电路