基于51系列单片机控制步进电机调速实验
基于51系列单片机控制步进电机调速实
验
实验指导书
仇国庆编写
重庆邮电大学自动化学院
自动化专业实验中心
2009年2月
基于51系列单片机控制步进电机调速实验
实验目的及要求：
1、熟悉步进电机的工作原理
2、熟悉51系列单片机的工作原理及调试方法
3、设计基于51系列单片机控制的步进电机调速原理图(要求实现电机的速度反馈测量，测量方式：数字测量)
4、实现51系列单片机对步进电机的速度控制(步进电机由实验中心提供，具体型号42BYG )由按钮控制步进电机的启动与停止；实现加速、匀速、和减速控制。速度设定由键盘设定，步进电机的反馈速度由LED数码管显示。
实验原理：
步进电机控制原理
一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。
因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信
号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。随着数字控制系
统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。
步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来
进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由
脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号
可以由单片机产生。
电机转子均匀分布着很多小齿，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）下面是定转子的展开图：(图2所示)
图1 是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。下面介绍反应式步进电动机单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。
一、单三拍通电方式的基本原理
设A 相首先通电（B、C 两相不通电），产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时A、A′极就成为电磁铁的N、S 极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A′
极的位置（图3a）；接着B 相通电（A、C两相
不通电），转了便顺时针方向转过30°，它的齿
和C、C′极对齐（图3c）。不难理解，当脉冲
信号一个一个发来时，如果按A→C→B→A→…的
顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。这种
通电方式称为单三拍方式。
二、六拍通电方式的基本原理
设A 相首先通电，转子齿与定子A、A′对齐（图4a）。然后在A 相继续通电的情况下接通B 相。这时定子B、B′极对转子齿2、4 产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是A、A′极继续拉住齿1、3，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图4b 所示，即转子从图(a)位置顺时针转过了15°。接着A 相断电，B 相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐（图c），转子从图(b)的位置又转过了15°。其位置如图3d 所示。这样，如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15°。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→A…的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六拍方式。
三、双三拍通电方式的基本原理
如果每次都是两相通电，即按A、B→B、C→C、A→A、B→…的顺序通电，则称为双三拍方式，从图4b，和图4d 可见，步距角也是30°。因此，采用单三
拍和双三拍方式时转子走三步前进了一个齿距角，每走一步前进了
三分之一齿距角；采用六拍方式时，转子走六步前进了一个齿距角，
每走一步前进了六分之一齿距角。因此步距角θ可用下式计算：
θ＝360°/Zr×m
式中Zr 是转子齿数；m 是运行拍数。
一般步进电动机最常见的步距角是3°或1．5°。由上式可知，转子上不只4 个齿（齿距角90°），而有40 个齿（齿距角为9°）。为了使转子齿与定子齿对齐，两者的齿宽和齿距必须相等。因此，定子上除了6 个极以外，在每个极面上还有5 个和转子齿一样的小齿。步进电动机的结构图如图5 所示。
由上面介绍可知，步进电动机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵敏、停车准确等性能。此外，步进电动机的转速决定于电脉冲频率，并与频率同步。
四、步进电动机的驱动电源
步进电动机需配置一个专用的电源供电，电源的作用是让电动机的控制绕组按照特定的顺序通电，即受输入的电脉冲控制而动作，这
个专用电源称为驱动电源。步进电动机及其
驱动电源是一个互相联系的整体，步进电动
机的运行性能是由电动机和驱动电源两者配
合所形成的综合效果。
1、对驱动电源的基本要求
（1）驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都要满足步进电动机的需要；
（2）要满足步进电动机的起动频率和运行频率的要求；
（3）能最大限度地抑制步进电动机的振荡；
（4）工作可靠，抗干扰能力强；
（5）成本低、效率高、安装和维护方便。
2、驱动电源的组成
步进电动机的驱动电源基本上由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成，如图6 所示。
L298N的说明及应用
恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N
L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。
L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片
机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接
4．5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围
VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱
动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独
引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。
L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB 接控制使能端，控制电机的停转。表1是L298N功能逻辑图。
In3，In4的逻辑图与表1相同。由表1可知EnA
为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当EnA
为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。
同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。
L298N控制器原理如下：
图8是控制器原理图，由3个虚线框图组成。
下面是3个虚线框图功
能：
（1）虚线框图1控制电
机正反转，U1A，U2A是
比较器，VI来自炉体压
强传感器的电压。当VI
＞VRBF1时，U1A输出高
电平，U2A输出高电平
经反相器变为低电平，电机正转。同理VI＜VRBF1时，电机反转。电机正反转可控制抽气机抽出气体的流量，从而改变炉体压强。
（2）虚线框图2中，U3A，U4A两个比较器组成双限比较器，当VB＜VI＜VA时输出低电平，当VI＞VA，VI＜VB时输出高电平。VA，VB是由炉体压强转感器转换电压的上下限，即反应炉体压强控制范围。根据工艺要求，我们可自行规定VA，VB的值，只要炉体压强在VA，VB 所确定范围之间电机停转（注意VB＜VRBF1＜VA，如果不在这个范围内，系统不稳定）。（3）虚线框图3是一个长延时电路。U5A是一个比较器，Rs1是采样电阻，VRBF2是电机过流电压。Rs1上电压大于VREF2，电机过流，U5A输出低电平。由上面可知，框图1控制电机正反转，框图2控制炉体压强的纹波大小。当炉体压强太小或太大时，电动机转到两端固定位置停止，根据直流电机稳态运行方程[3]： U＝CeФN＋RaIa
其中:Ф为电机每极磁通量；
Ce为电动势常数；
N为电机转数；
Ia为电枢电流；
Ra电枢回路电阻。
电机转数N为0，电机的电流急剧增加，时间过长将会使电机烧坏。但电机起动时，电机中线圈中的电流也急剧变大，因此我们必须把这两种状态分开。长延时电路可把这两种状态区分出来。长延时电路工作原理：当Rs1过流U5A产生一个负脉冲经过微分后，脉冲触发555的2脚，电路置位，3脚输出高电平，由于放电端7脚开路，
C1，R5及U6A组成积分器开始积分，电容C1上的充电电压线性上
升，延时运放积分常数为5C1。当C1上充电电压，即6脚电压超过2／3 VCC，555电路复位，输出低电平。电机启动时间一般小于0．8 s，C1充电时间一般为0．8～1 s。U5A输出电平与555的3脚输出电平经U7相或，如果U5A输出低电平大于C1充电时间，U7在C1充电后输出低电平由与门U8输入到L298N的6脚ENA端使电机停止。如果U5A的输出电平小于C1充电时间，6脚不动作电机的正常启动。长延时电路吸收电机启动过流电压波形，从而使电机正常启动。1、15脚是输出电流反馈引脚，在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。图8是其引脚图：
3、步进电机的静态指标术语
相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，常用m表示
拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A
步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=度（俗称半步）定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）
静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关
虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音
4、步进电机动态指标及术语
1、步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差用百分比表示：误差/步距角*100%不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内
2、失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数称之为失步
3、失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的
4、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率
码盘轴
发光
装置接收
装置
CC V 图11 数字测速装置原理图
5、最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率
6、运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系
的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机
选择的根本依据如图9所示：
其它特性还有惯频特性、起动频率特性 电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态
力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬如图10所示：
其中，曲线3电流最大、或电压最高;曲线1电流最小、或电压
最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点
要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机
7、电机的共振点： 步进电机均有固定的共振区域，二、四相感
应子式步进电机的共振区一般在180-250pps 之间（步距角度）或在400pps 左右（步距角为度），电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多
数字测速
检测光电式旋转编码器与转速成正比的脉冲，然后计算转速，有三种数字测速方法：即M 法、T 法和M/T 法。光电式旋转编码器是转速或转角的检测元件，
旋转编码器与电机相连，当电机转动时，带动码盘旋转，
便发出转速或转角信号。如图11所示。 数字测速指标
1．分辨率
改变一个计数字所对应的转速变化量来表示分辨率，用符
号Q 表示。转速由1n 变为2n 时，引起记数值改变了一个字，
则该测速方法的分辨率是12n n Q -=。Q 越小，说明该测速
方法的分辨能力越强。
2．测速误差率
转速实际值和测量值之差n ?与实际值n 之比定义为测速误差率，%100%??=
n
n δ，测速误差率反映了测速方法的准确性，%δ越小，准确度越高。 M 法测速
测取c T 时间内旋转编码器输出的脉冲个数1M ，用以计算这段时间内的平均转速，称作Ｍ法测速，图12所示。电机的转速为r/min 601c
ZT M n =， M 法测速的分辨率：c c c ZT ZT M ZT M Q 6060)1(6011=-+=
M 法测速误差率： %1001%10060 )1(60 60%1111max ?=?-=M ZT M ZT M ZT M c
c c δ M 法测速适用于高速段，
T 法测速
记录编码器两个相邻输出脉冲的间的高频脉冲个数
M 2，f 0为高频脉冲频率，图13所示。
电机转速 r/min ZM f 60ZT 60n 2
0t == T 法测速的分辨率：
)1(6060)1(602202020-=--=M ZM f ZM f M Z f Q 或Zn
f Zn Q -=02
60 Ｔ法测速误差率：
%1001
1%10060 60 )1(60%22
02020max ?-=?-=M ZM f ZM f M Z f δ
图13 T 测速法
T 法测速适用于低速段。
M/T 法测速
把M 法和T 法结合起来，既检测T C 时间内旋转编码器输出的脉冲个数M 1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M 2，用来计算转速，称作M/T 法测速。采用M/T 法测速时，应保证高频时钟脉冲计数器与旋转编码器输出脉冲计
数器同时开启与关闭以减小误差。 电机转速r/min 60 602
011ZM f M ZT M n t == 图14所示
步进电机的闭环控制
步进电机的主要优点之一是能在开环系统中工作。在开环控制下，步进电机受连续脉冲间具有预订时间间隔的脉冲序列所控制。这种运行方式控制线路经济简单，不需反馈编码器和相应的电子线路，使步进电机获得更为广泛的应用。一般来说，步进电机具有什么样的性能，在很大程度上取决于用什么方法去控制它。步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。由于步进电机是借助它的同步转矩而启动的，为了不发生失步，启动频率是不高的。特别是随着功率的增加，转子直径增大，惯量增大，启动频率和最高运行频率可能相差10倍之多。
为了充分发挥电机的快速性能，通常使电机在低于启动频率下启动，然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度，所选择的变化速率要保证电机不发生失步，并尽量缩短启动加速时间。
为了保证电机的定位精度，在停止以前必须使电机从最高速度逐步减小脉冲率降到能够停止的速度(等于或稍大于启动速度)。因此，步进电机拖动负载高速移动一定距离并精确定位时，一般来说都应包括“启动-加速-高速运行(匀速)-减速-停止”五个阶段，速度特性通常为梯形，如果移动的距离很短则为三角形速度特性，如图1所示。
c
T 图14 M/T 法测速原理图
图15 步进电机的速度曲线
步进电机控制系统结构
单片机机在适当的时刻通过对计数器0赋初值，设置好加减速过程的频率变化(即速度、加速度变化)，以防止失步。例如，在点位控制中设置好速度曲线图，在起动和升速时，使步进电机产生足够的转矩驱动负载，跟上规定的速度和加速度;在减速时，下降特性使负载不产生过冲，停止在规定的位置。启动细分驱动电路中的固化程序以产生一定频率的脉冲，经功率放大后驱动步进电机运动。步进电机运动方向的改变及启动和停止均由计算机控制硬件控制电路实现。
图16 步进电机控制系统
步进电机升降速数学模型
为使步进电机在运行中不出现失步现象，一般要求其最高运行频率应小于(或等于)步进响应频率fs。在该频率下，步进电机可以任意启动、停止或反转而不发生失步现象。步进电机升降速有两种驱动方式，即三角形与梯形驱动方式(见图15)，而三角形驱动方式是梯形驱动的特例，因而我们只要研究梯形方式。电机的加速和减速是通过计算机不断地修改定时器初值来实现的。在电机加速阶段，从启动瞬时开始，每产生一个脉冲，定时器初值减小某一定值，则相应的脉冲周期减小，即脉冲频率增加;在减速阶段，定时器初值不断增加，则相应的脉冲周期增大，脉冲频率减小，对应梯形脉冲频率特性的减速阶段。该设计的关键是确定脉冲定时tn，脉冲时间间隔即脉冲周期Tn和脉冲频率fn。假设从启动瞬时开始计算脉冲数，加速阶段的脉冲数为n，并设启动瞬时为计时起点，定时器初值为D1，定时器初值的减量为△。从加速阶段的物理过程可知，第一个脉冲周期，即启动时的脉冲周期
T1=D1/f0，t1=0。由于定时器初值的修改，第2个脉冲周期T2=(D1-△)/f0=T1-△/f0，脉冲定时t2=T1，则第n个脉冲的周期为：
Tn=T1-(n-1)△/f0 (1)
脉冲定时为：
(2)
脉冲频率为：
1/fn=Tn=T1-(n-1)△/f0 (3)
上式分别显示了脉冲数n与脉冲频率fn和时间tn的关系。令△/f0=δ，即加速阶段相邻两脉冲周期的减量，则上述公式简化为：
tn=(n-1)T1-(n-2)(n-1)δ/2 (4)
1/fn=T1-(n-1)δ (5)
联立(4)、(5)，并简化fn与tn的关系，得出加速阶段的数学模型为：
(6)
其中，是常数，其值与定时器初值及定时器变化量有关，A=-δ, B=(2T1+δ)2,C=8δ。
加速阶段脉冲频率的变化为：
(7)
从(6)、(7)式可以看出，在加速阶段，脉冲频率不断升高，且加速度以二次函数增加。这种加速方法对步进电机运行十分有利，因为启动时，加速度平缓，一旦步进电机具有一定的速度，加速度增加很快。这样一方面使加速度平稳过渡，有利于提高机器的定位精度，另一方面可以缩短加速过程，提高快速性能。
对于减速阶段，按照与上述类似的分析方法，可以得出脉冲频率特性的表达方式为：
(8)
(9)
其中，A=-δ, B=(2T1-δ)2,C=8δ，T1为减速开始时脉冲周期，δ为减速阶段相邻两个脉冲周期的增量。由于T1>>δ，则B=4T12，由(8)、(9)式可以看出，脉冲频率在减速阶段不断下降，
且加速度为负，绝对值以二次函数减小。这种减速性能对步进电机同样有利，它使步进电机在减速时能够平稳地停止而没有冲击，提高了机器的定位精度。
综上所述，可以得出本设计的脉冲频率特性(见图17)。
图17脉冲频率特性
参考资料：
1. 史敬灼步进电动机伺服控制技术出版科学出版社2006-07-1
2. 周宏甫机电传动控制化学工业出版社2006-8-1
3. 刘宝廷等步进电动机及其驱动控制系统哈尔滨工业大学出版社
4. 何立民编著.《单片机应用系统设计》.北京航空航天大学出版社
5.李立华编.《MCS-51系列单片机实用接口技术》.北京航空航天大学出版社
6.周航慈著.《单片机应用程序设计技术》.北京航空航天大学出版社
51单片机控制的步进电机C语言程序
我上周刚做的这个实验成功拉，给你参考一下吧这可是我当时辛辛苦苦编出来的啊，不过我用的是L298驱动的和ULN2003一样，你把它换成2003就行拉 #include
for(j=200;j>0;j--); temp=P3; temp=temp&0x0f; if(temp!=0x0f) { temp=P3; temp=temp&0x0f; switch(temp) { case 0x0e: key=1; break; case 0x0d: key=2; break; case 0x0b: key=3; break; case 0x07: key=4; break; } temp=P3;
temp=temp&0x0f; while(temp!=0x0f) { temp=P3; temp=temp&0x0f; } } } P3=0xff; P3_5=0; temp=P3; temp=temp&0x0f; if(temp!=0x0f) { for(i=50;i>0;i--) for(j=200;j>0;j--); temp=P3; temp=temp&0x0f; if(temp!=0x0f) { temp=P3; temp=temp&0x0f; switch(temp)
基于51单片机的步进电机控制-设计报告(说明书)及源程序
南京XX大学 指导老师：张X 课程设计基于51单片机的步进电机控制 机械电子工程学院 测控技术与仪器 XXXXX Xxx 2012年1年4日
步进电机控制系统 ［摘要］本课程设计的内容是利用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。步进电机驱动芯片采用ULN2803，ULN2803具有大电流、高电压，外电路简单等优点。利用四位数码管增设电机状态显示功能，各项数据更直观。实测结果表明，该控制系统达到了设计的要求。 关键字：步进电机、数码管、51单片机、ULN2803 一步进电机与驱动电路 1.1 什么是步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。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；同时也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。 1.2 步进电机的种类 步进电机分永磁式（PM）、反应式（VR）、和混合式（HB）三种。永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 1.3 步进电机的特点 1．精度高一般的步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，这是步进电动机最突出的优点 2．过载性好其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合； 3．控制方便步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算
基于51单片机的步进电机控制系统设计
基于51单片机的步进电机控制系统设计 中文摘要 步进电机是一种受脉冲信号控制，并且能将脉冲信号转化为相应的角位移或者线位移的数字电动机。由于步进电机具有步距误差不积累、运行可靠、结构简单、惯性小、成本低等优点，因此，被广泛使用于计算机外围电路、自动化控制装置以及其他的数字控制装置中，如打印机、钟表、数模转换设备等装置中。随着科学技术的快速发展，相应的控制系统也产生了很多种类，步进电机的身影在众多领域中可以看到。其中采用单片机作为控制核心的控制系统，由于其电路简单、成本低、可靠性强等优点，满足众多领域的需求，得到了大量的运用。因此，研究基于单片机的步进电机控制系统，具有重要的现实意义。本设计研究的是基于51单片机对步进电机的控制系统。通过单片机的I/O端口输出时序方波作为控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动芯片驱动步进电机进行不同的指令进行工作。根据不同的需要，通过按键电路来控制步进电机的启停、正反转和加减速等功能，并在数码管上实时显示步进电机的工作状态。本文给出了电路各个模块的电路图，并用Proteus的ISIS软件对控制系统的各个功能进行了仿真，并给出了相应的仿真结果图像。 关键词：单片机；步进电机；电机驱动；控制系统
Abstract Stepper motor controlled by a pulse signal, and a pulse signal can be converted to the corresponding angular displacement or linear displacement of the digital motor. As the stepper motor has a step error does not accumulate, reliable, simple structure, small inertia, low cost, and therefore, are widely used in computer peripheral circuits, automatic control devices and other digital control devices, such as printers, watches and clocks , digital to analog conversion equipment, and other devices. With the rapid development of science and technology, the corresponding control system also produced many types of stepper motor figure can be seen in many areas. Which uses microcontroller as the control of the control system, because of its simple circuit, low cost, high reliability, etc., to meet the needs of many fields, we get a lot of use. Therefore, based on single-chip stepper motor control system has important practical design study is 51 single-chip stepper motor control system. As a control signal, the signal through the chip ULN2003 stepper motor drive to work through the microcontroller I / O port output timing square wave. Depending on the need, through the key circuit to control the start and stop, reversing and ramp functions such as stepper motors, stepper motors in real-time display and digital working condition. In this paper, the circuit diagram of each module, and with the ISIS Proteus software for each function control system simulation, and the simulation results are given corresponding image. Key words: microcontroller; stepper motor; motor drive; control system
基于51单片机控制步进电机
单片机原理及系统课程设计 1 引言 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。
2 设计方案与原理 4.1 设计方案 设计一个51单片机四相步进电机控制系统要求系统具有如下功能： （1）由I/O口产生的时序方波作为电机控制信号； （2）信号经过驱动芯片驱动电机的运转； （3）电机的状态通过键盘控制，包括正转，反转，加速，减速，停止和单步运行。 4.2 设计原理 步进电机实际上是一个数字\角度转换器，也是一个串行的数\模转换器。步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4个方面。从结构上看,步进电机分为三相、四相、五相等类型,本次设计的是四相电机。四相步进电机的工作方式有单四拍、双四拍和单双八拍三种。 在本次设计中，我们使用的是四相单八拍的工作方式。通过P1口给A,B,C,D四相依次输出高电平即可实现步进电机的旋转，通过控制两次输出的间隔，即可实现对步进电机的速度控制。 图 2.1 步进电机内部结构截图 根据步进电机的相关相序表我们可以正常的控制电机的步进运行。
基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统设计
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
基于51系列单片机控制步进电机调速实验 (自动保存的)
基于51系列单片机控制步进电机调速实验 实验指导书 仇国庆编写 重庆邮电大学自动化学院 自动化专业实验中心 2009年2月
基于51系列单片机控制步进电机调速实验 实验目的及要求： 1、熟悉步进电机的工作原理 2、熟悉51系列单片机的工作原理及调试方法 3、设计基于51系列单片机控制的步进电机调速原理图(要求实现电机的速度反馈测量，测量方式：数字测量) 4、实现51系列单片机对步进电机的速度控制(步进电机由实验中心提供，具体型号42BYG )由按钮控制步进电机的启动与停止；实现加速、匀速、和减速控制。速度设定由键盘设定，步进电机的反馈速度由LED 数码管显示。 实验原理： 步进电机控制原理 一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所 以又称为脉冲电动机。随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将 逐渐扩大。 步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来 进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由 脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号 可以由单片机产生。 电机转子均匀分布着很多小齿，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）下面是定转子的展开图：(图2所示)
51单片机控制四相步进电机解析
51单片机控制四相步进电机 2009年07月21日星期二 12:44 51单片机控制四相步进电机 2009-03-01 18:53 接触单片机快两年了，不过只是非常业余的兴趣，实践却不多，到现在还算是个初学者吧。这几天给自己的任务就是搞定步进电机的单片机控制。以前曾看过有关步进电机原理和控制的资料，毕竟自己没有做过，对其具体原理还不是很清楚。今天从淘宝网买了一个EPSON的UMX-1型步进电机，此步进电机为双极性四相，接线共有六根，外形如下 图所示： 详细内容： https://www.360docs.net/doc/bd13423620.html,/31907887_d.h tml
拿到步进电机，根据以前看书对四相步进电机的了解，我对它进行了初步的测试，就是将5伏电源的正端接上最边上两根褐色的线，然后用5伏电源的地线分别和另外四根线（红、兰、白、橙）依次接触，发现每接触一下，步进电机便转动一个角度，来回五次，电机刚好转一圈，说明此步进电机的步进角度为360/(4×5)＝18度。地线与四线接触的顺序相反，电机的转向也相反。 如果用单片机来控制此步进电机，则只需分别依次给四线一定时间的脉冲电流，电机便可连续转动起来。通过改变脉冲电流的时间间隔，就可以实现对转速的控制；通过改变给四
线脉冲电流的顺序，则可实现对转向的控制。所以，设计了如下电路图： C51程序代码为： 代码一 #include
51单片机控制步进电机程序及硬件电路图
#include
TL0 = 0x0C; //设定时每隔0.5ms中断一次TR0 = 1; //开始计数 turn = 0; speedlevel = 2; delay(10000); speedlevel = 1; do{ speedlevel = 2; delay(10000); speedlevel = 1; delay(10000); stop_flag=1; delay(10000); stop_flag=0; }while(1); } //定时器0中断处理 void timeint(void) interrupt 1 { TH0=0xFE; TL0=0x0C; //设定时每隔0.5ms中断一次count++; spcount--; if(spcount<=0) { spcount = speedlevel; gorun(); } } void delay(unsigned int endcount) { count=0; do{}while(count 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： (2) 1 设计要求 (2) 2 步进电机原理 (2) 2.1 步进电机工作方式 (2) 2.2 框图设计 (4) 2.3 知识点 (4) 3 硬件设计 (5) 3.1 电路原理 (5) 3.2 驱动电路 (6) 3.3 晶振电路 (6) 3.4 总体电路图 (7) 4 软件设计 (7) 4.1 程序流程图 (7) 4.2 程序清单 (9) 5 遇到的问题及解决方案 (9) 5.1 问题 (9) 5.2 解决方法 (9) 参考文献 (9) 设计心得体会 (10) 附录一．原器件清单 (11) 附录二．Proteus 仿真图 (12) 附录三．ULN2003作用及引脚介绍 (13) 附录四．程序清单 (14) 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 51单片机驱动步进电机的方法2019.02 这款步进电机的驱动电压12V，步进角为7.5度. 一圈360 度, 需要48 个脉冲完成!!! 该步进电机有6根引线，排列次序如下：1:红色、2:红色、3:橙色、4:棕色、5:黄色、6:黑色。 采用51驱动ULN2003的方法进行驱动。 ULN2003的驱动直接用单片机系统的5V电压，可能力矩不是很大，大家可自行加大驱动电压到12V。 ;****************************************************************************** ;*************************步进电机的驱动*************************************** ; DESIGN BY BENLADN911 FOSC = 12MHz 2005.05.19 ;--------------------------------------------------------------------------------- ; 步进电机的驱动信号必须为脉冲信号!!! 转动的速度和脉冲的频率成正比!!! ; 本步进电机步进角为7.5度. 一圈360 度, 需要48 个脉冲完成!!! ;--------------------------------------------------------------------------------- ; A组线圈对应P2.4 ; B组线圈对应P2.5 ; C组线圈对应P2.6 ; D组线圈对应P2.7 ; 正转次序: AB组--BC组--CD组--DA组(即一个脉冲,正转7.5 度) ;---------------------------------------------------------------------------------- ;----------------------------正转-------------------------- ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN: MOV R3,#144 正转3 圈共144 脉冲 START: MOV R0,#00H START1: MOV P2,#00H MOV A,R0 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,@A+DPTR JZ START 对A 的判断,当A = 0 时则转到START MOV P2,A LCALL DELAY INC R0 DJNZ R3,START1 MOV P2,#00H LCALL DELAY1 ;-----------------------------反转------------------------ MOV R3,#144 反转一圈共144 个脉冲 START2: MOV P2,#00H 电子赛培训课作品 设计报告 题目：单片机控制步进电机 ： 班别： 学号： 序号： 完成时间：2012-5-17 华南理工大学学院电子信息工程学院 目录 引言 (1) 一、系统方案的选择和论证 (1) 二、总体设计 (2) 三、单元电路设计 (3) 四、整体测试 (4) 五、结论 (5) 六、总结 (6) 七、参考文献 (6) 单片机控制步进电机 摘要：本设计采用一块AT89C52单片机对一个四相步进电机进行控制，使步进电机在安全温度按输入的步数和转动的方向进行运行。控制电机转动的方法采用四相八拍控制法。本设计采用矩阵键盘实现步进电机不同转动步数的输入以及转向的控制，还有对键盘实现锁键和开锁的作用。用DS18B20代替电机的测温系统，实现超温报警和停机的功能。 引言 随着数字化技术发展，数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能上能满足工业控制的基本要求，所以广泛地应用于手工业自动控制、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、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器件以及各种可控机械工具等等。 设计容：采用单片机控制一个三相单三拍的步进电机工作。 要实现的功能： 一、步进电机的旋转方向由正反转控制信号控制； 二、步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3、6、9、12、15、 18、21、24和27步，且键盘具有键盘锁功能，当键盘上锁时，步进电机不接受输入步数，也不会运转。只有当键盘锁打开并输入步数时，步进电机才开始工作； 三、电机运转的时候有正转和反转指示灯指示； 四、电机在运转过程中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮， 51单片机控制四相步进电机电路图 51单片机控制四相步进电机 接触单片机快两年了，不过只是非常业余的兴趣，实践却不多，到现在还算是个初学者吧。这几天给自己的任务就是搞定步进电机的单片机控制。以前曾看过有关步进电机原理和控制的资料，毕竟自己没有做过，对其具体原理还不是很清楚。今天从淘宝网买了一个EPSON的UMX-1型步进电机，此步进电机为双极性四相，接线共有六根，外形如下图所 示： 拿到步进电机，根据以前看书对四相步进电机的了解，我对它进行了初步的测试，就是将5伏电源的正端接上最边上两根褐色的线，然后用5伏电源的地线分别和另外四根线（红、兰、白、橙）依次接触，发现每接触一下，步进电机便转动一个角度，来回五次，电机刚好转一圈，说明此步进电机的步进角度为360/(4×5)＝18度。地线与四线接触的顺序相反，电机的转向也相反。 如果用单片机来控制此步进电机，则只需分别依次给四线一定时间的脉冲电流，电机便可连续转动起来。通过改变脉冲电流的时间间隔，就可以实现对转速的控制；通过改变给四线脉冲电流的顺序，则可实现对转向的控制。所以，设计了如下电路图： C51程序代码为： 代码一 #include EA = 1; //允许CPU中断TMOD = 0x11; //设定时器0和1为16位模式1 ET0 = 1; //定时器0中断允许TH0 = 0xFC; TL0 = 0x18; //设定时每隔1ms中断一次 TR0 = 1; //开始计数 startrun: P1_3 = 0; P1_0 = 1; delay(); P1_0 = 0; P1_1 = 1; delay(); P1_1 = 0; P1_2 = 1; delay(); P1_2 = 0; P1_3 = 1; delay(); goto startrun; } //定时器0中断处理 void timeint(void) interrupt 1 单片机课程设计报告设计题目：步进电机控制系统 学院机械工程学院 专业机械设计制造及其自动化 班级 姓名 学号 指导教师 湖北工业大学 2010 年秋季学期 目录 1.设计目的 (2) 2.设计的主要内容和要求 (2) 3.题目及要求功能分析 (2) 4.设计方案 (5) 4.1 整体方案 (5) 4.2 具体方案 (5) 5．硬件电路的设计 (6) 5.1 硬件线路 (6) 5.2 工作原理 (7) 5.3 操作时序 (8) 6. 软件设计 (8) 6.1 软件结构 (8) 6.2 程序流程 (9) 6.3 源程序清单 (9) 7. 系统仿真 (9) 8. 使用说明 (10) 9. 设计总结 (10) 参考文献 (11) 附录 (12) 步进电机的控制 1.设计目的 （1）熟悉单片机编程原理。 （2）熟练掌握51单片机的控制电路和最小系统。 （3）单片机基本应用系统的设计方法。 2.设计的主要内容和要求 （1）查阅资料，了解步进电机的工作原理。 （2）通过单片机给参数控制电机的转动。 （3）通过按钮控制启停及反转。 （4）其他功能。 3．题目及要求功能分析 步进电机：步进电机是一种将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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其精度高等特点，广泛应用于各种工业控制系统中。 三相单、双六拍步进电机的结构和工作原理： 三相单、双六拍步进电机通电方式：这种方式的通电顺 基于51单片机控制步进电机毕业设计 论文 目录 第一章绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2课题的目的和意义 (3) 1.3课题的内容 (3) 第二章步进电机的结构与特点 (4) 2.1步进电机的构造 (4) 2.2步进电机的工作原理 (5) 2.3步进电机的主要特征 (6) 2.4步进电机绕组的电气特性 (8) 2.5步进电机的选型 (9) 第三章设计原理分析 (10) 3.1设计目的 (10) 3.2设计要求 (10) 3.3总体设计方框图 (11) 3.4设计方案论证 (11) 3.4.1系统控制方案 (11) 3.4.2驱动模块方案选择 (14) 3.4.3最终方案确定 (16) 第四章步进电机控制系统硬件设计 (16) 4.1单片机最小系统 (16) 4.2 控制电路 (18) 4.3 驱动电路 (20) 4.4 显示电路 (21) 4.5 位移越界报警电路 (22) 第一章绪论 4.6 状态指示灯显示电路 (22) 第五章步进电机控制系统软件设计 (23) 5.1主程序设计 (23) 5.2 LCD显示程序设计 (25) 5.3转速控制程序设计 (27) 5.4程序设计 (28) 5.5角度设定程序设计 (29) 5.6位移设定程序设计 (30) 第六章仿真结果与分析 (34) 6.1整体硬件设计图 (34) 6.2测试 (34) 6.3误差分析 (39) 第七章总结 (40) 参考文献 (41) 致谢 (43) 第一章绪论 1.1课题背景 步进电机作为控制执行器，广泛应用于各种控制领域[1]。当需要精确控制角 度方位时，步进电机的使用将会很好解决实际问题。随着微电子技术和计算机技 术的飞速发展[2]，各行业对步进电机的需求日益增加，它已被普遍应用于各个经 济领域。 步进电机是在国外发明的。中国在文化大革命中就已经开始应用和生产，例 如北京、浙江、江苏、四川都可以生产，而且在各行业开始逐步使用，目前驱动 电路的半导体器件大多能做到完全国产。当时是全分立元器件构成的逻辑运算电 路[3]，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。当前，国外对步进电 机的控制和驱动研究的一个重要的发展方向，是大量的研发专用芯片，结果就是 课程设计报告 课程设计名称：单片机系统综合课程设计 课程设计题目：基于51单片机的步进电机控制 院（系）：计算机学院 专业：计算机科学与技术(嵌入式) 目录 第1章总体设计方案 (1) 1.1课程设计的内容和要求 (1) 1.2课程设计原理 (1) 1.3课程设计思路 (2) 1.4实验环境 (3) 第2章详细设计方案 (4) 2.1实现方法 (4) 2.2模块设计 (5) 2.2.1 步进电机的驱动 (5) 2.2.2 按键电路设计 (5) 2.2.3 时钟产生及复位电路 (6) 2.3主程序流程图图 (7) 第3章调试及结果分析 (8) 3.1调试步骤及方法 (8) 3.2实验结果及分析 (8) 参考文献 (9) 附录1（源程序） (10) 附录2（系统原理图） (14) 附录3（器件清单） (15) 第1章总体设计方案 1.1 课程设计的内容和要求 一、课程设计内容： 步进电机是一种将电脉冲转换成角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种能把输出解析为唯一增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。步进电机具有快速启动、停止的能力，精度高、控制方便，因此，在工业上得到了广泛应用。 利用单片机控制一个步进电机，而且要满足如下技术指标： （1）开始通电时，步进电机停止转动。 （2）单片机分别接按键开关K1、K2和K3，用来控制步进电机的转向，要求如下： 当按下K1时，步进电机正转。 当按下K2时，步进电机反转。 当按下K3时，步进电机停止转动。 步进电机的工作方式有单四拍、双四拍、单双八拍。 二、课程设计要求： 1. 独立完成课程设计任务； 2. 通过老师当场验收； 3. 交出完整的课程设计报告。 1.2课程设计原理 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。可以通过控制脉冲个来控制角位移量，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，从而达到调整节拍的目的。 2014年10月19日版 哈尔滨广厦学院 毕业设计 系别 专业 班级电气一班 学生姓名梁国栋 20 年 6 月 10 日 哈尔滨广厦学院 毕业设计 题目： 学生： 指导教师： 专业： 班级： 系别： 20 年 6 月 10 日 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 Abstract Stepping 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. Th rough the design of the software and hardware debugging, it realizes controlling the step motor’s acceleration 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 基于51单片机的步进电机控制 ［摘要］本课程设计的内容是利用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。步进电机驱动芯片采用ULN2803，ULN2803具有大电流、高电压，外电路简单等优点。利用四位数码管增设电机状态显示功能，各项数据更直观。实测结果表明，该控制系统达到了设计的要求。 关键字：步进电机、数码管、51单片机、ULN2803 一步进电机与驱动电路 1.1 什么是步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。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；同时也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。 1.2 步进电机的种类 步进电机分永磁式（PM）、反应式（VR）、和混合式（HB）三种。永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 1.3 步进电机的特点 1．精度高一般的步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，这是步进电动机最突出的优点 2．过载性好其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合； 3．控制方便步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场； 项目设计报告项目名称：步进电机的控制 课程名称：单片机应用工程技术训练学院：机电学院 专业：机械工程及自动化 学号：2010090301304/22/37 姓名：张梦迪张博文崔剑锋 成绩： 2013年05月28 日 1.设计任务 设计基于51单片机的步进电机测控系统。 基本功能：可6键控制步进电机的启动/停止、加速/减速和正转/反转。 扩展功能：可在LED显示器上实时显示步进电机的运行状态。 2. 设计要求 2.1. 基本功能 （1）利用2按键控制步进电机的启停与停止。系统上电后，等待启动命令；按“启动”键后，步进电机开始正转（默认转向和转速）；在转动过程中，按“停止”键后步进电机停止转动，程序回到上电状态。要求按键作消抖处理。 （2）利用2个按键改变步进电机的转动方向，使其在转动过程中按“正转”键时步进电机正转；按“反转”键时步进电机反转，要求按键作消抖处理。在LCD显示器上显示步进电机的转向。 （3）利用2按键改变步进电机的转速，使其在转动过程中按“加速”键时步进电机的转速增加10r/min，按“减速”键时步进电机的转速减少10r/min，转速控制在10~100r/min的范围内。默认值为50r/min。 2.2.扩展功能 电机运行后，在LED显示器上实时显示步进电机的运行状态。 2.3. 材料清单 表1. 材料清单 序号数量步进电机的控制规格 1 1 四相步进电机 2 1 电机驱动器ULN2003 3 6 独立式按键 4 1 LED显示器 3、总体方案设计 3.1 步进电机控制设计要点 本系统中驱动的电机为四相步进电机。该四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动[6]。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。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。本系统使用的工作方式便为四拍工作方式。 工作方式如图2所示： 在用软件控制时，主要设计要点如下： （1）判断旋转方向； （2）按相序确定控制字； （3）按顺序输入控制字； （4）确定控制步数和每一步的延时时间。 系统控制简图如图3所示：基于AT89C51单片机步进电机控制
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