步进电机控制电路及应用程序
大学毕业设计 C51程序控制步进电机
题目：简易步进电机控制步进电机控制摘要：本设计采用ATMEL公司DIP-40封装的AT89S52单片机实现对四相步进电机的手动和按键控制。
由单片机产生的脉冲信号经过分配后分解出对应的四相脉冲，分解出的四相脉冲经驱动电路功率放大后驱动步进电机的转动。
转速的调节和状态的改变由按键进行选择，此过程由程序直接进行控制。
通过键盘扫描把选择的信息反馈给单片机，单片机根据反馈信息做出相应的判断并改变输出脉冲的频率或转动状态信号。
电机转动的不同状态由液晶LCD1602显示出来。
而设计的扩展部分可以通过红外信号的发射由另一块单片机和红外线LED完成，用红外万能接收头接收红外信号，可以实现对电机的控制进行红外遥控。
关键字：四相步进电机单片机功率放大 LCD1602步进电机控制 (1)摘要 (1)关键字 (1)前言 (3)1系统总体方案设计及硬件设计 (4)1.1步进电机 (4)1.1.1 步进电机的种类 (4)1.1.2 步进电机的特点 (4)1.1.3 步进电机的原理 (5)1.2 控制系统电路设计 (7)1.3 液晶显示LCD1602 (7)1.4 AT89S52核心部件及系统SCH原理图 (9)1.5 LN2003A驱动 (10)2软件设计及调试 (13)2.1程序流程 (13)2.2软件设计及调试 (14)3 扩展功能说明 (15)4设计总结 (16)5 设计源程序 (16)6 附录 (21)参考文献 (22)附2：系统原理图及实物图 (23)步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。
目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。
分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大，同时由于分散器件的延时，其可靠性大大降低;软件环形分配器要占用主机的运行时间，降低了速度;专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好，但其适应性受到限制，同时开发周期长、需求费用较高。
s7-200步进电机控制s-200步进电机控制s7-200步进电机控制s7-200步进电机控制
PTOx_RUN子程序（运行轮廓）
• PTOx_RUN子程序（运行轮廓）命 令PLC执行存储于配置／轮廓表的 特定轮廓中的运动操作。开启EN位 会启用此子程序。在懲瓿蓲位发出 子程序执行已经完成的信号前，请 确定EN位保持开启。
• 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、 永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相 式步进电机等。
• 电机固有步距角：
• 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所 转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值 。
• 如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表 示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°）， 这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它 不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的 步距角和驱动器有关。
• Error（错误）参数包含本子程序的结果。 如果PTO向导的HSC计数器功能已启用， C_Pos参数包含用脉冲数目表示的模块； 否则此数值始终为零。
编程
运行。 • 脉宽时间 = 0 占空比为0%：输出关闭。 • 周期 < 2个时间单位 周期的默认值为两个时间单
位。
• PTO操作
• PTO为指定的脉冲数和指定的周期提供方 波（50%占空比）输出。PTO可提供单脉冲 串或多脉冲串（使用脉冲轮廓）。您指定 脉冲数和周期（以微秒或毫秒递增）。
• 周期范围从10微秒至65,535微秒或从2毫秒 至65,535毫秒。
产生一个高速脉冲串或一个脉冲调制波形。 • Q0.0 • Q0.1
• 当Q0.0/Q0.1作为高速输出点使用时，其普 通输出点禁用，反之。
步进电机的控制原理
步进电机的控制原理步进电机是一种高精度的电动执行器，具有定位准确、不需反馈器和转矩、速度和位置控制的特点，广泛用于数码设备、计算机和机器人控制等领域。
步进电机的控制原理包括三部分：输入信号、驱动电路和电机转动。
一、输入信号步进电机的输入信号有两种：脉冲信号和方向信号。
脉冲信号是由控制器发送给驱动电路的，用来控制电机的转动步数和速度。
步进电机的每一步运动需要一定的脉冲信号，具体步数由控制器编程决定。
方向信号则表示电机转动的正、反方向，一般由控制器通过电平高低来控制。
输入信号是步进电机运动的基础，只有正确的输入信号才能实现精准控制。
二、驱动电路步进电机的控制需要依赖驱动电路，一般为双H桥驱动电路。
它能够根据输入信号的变化，控制步进电机的相序和电流大小，从而实现电机的精准控制。
驱动电路是整个控制系统的核心部分，不同类型的步进电机需要不同的驱动方式，因此制定相应的驱动电路是十分重要的。
三、电机转动步进电机的转动是由驱动电路提供的电流产生的磁场、轴承和转子间的相互作用实现的。
不同类型的步进电机其转动的方式也不同，如单相、两相、五相、六相等。
不同类型的步进电机也需要不同的驱动方式，否则会导致控制不准确或失步。
综上所述，步进电机的控制原理需要在三个方面进行开展：输入信号、驱动电路和电机转动。
只有以正确的方式输入信号，配合正确的驱动电路和电机类型，才能实现精准的电机控制。
在实际应用中，我们需要根据具体情况来选择不同类型的步进电机和相应的控制方式，以实现最优控制效果。
步进电机工作原理及控制电路
//按键标志变量
flag1=0;
//步进数标志变量
init();
//液晶初始化子程序
while(1)
{
keyscan();
//键盘扫描子程序
if(flag==1)
{
zz();
//正转子程序
}
else if(flag==3) {
fz(); } writebjs(8,count); } }
//反转子程序
it 动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。励
磁顺序： A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A
A-B 表4.3 1-2 相励磁法
步进电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至 其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。 下面介绍的是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度。电 机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式，电机示意图 和各线圈通电顺序如图4.2和表4.1所示：
6
法增大起动电流，以提高步进电机转动力矩，即提高其工作频率。由于步进电机
是感性负载，所以进入绕组的电流脉冲是以指数形式上升，即这时电流脉冲i为：
i = IH (1 − e−1/Tj )
(4.4)
公式
其中：i是电流脉冲瞬时值；
IH 是在开关回路电压为u时的电流稳态值；
Tj 是开关回路的时间常数，Tj = L / ( RL + RC )
θ s = 2Π / Nrk
公式（4.1） 或
θ s = 360o / Nrk
公式（4.2）
其中：k是步进电机工作拍数，Nr是转子的齿数。
四相步进电机驱动电路及驱动程序设计
四相步进电机驱动电路及驱动程序设计我们用一个单片机控制多个步进电机指挥跳舞机器人的双肩、双肘和双脚伴着音乐做出各种协调舒缓充满感情的动作，荣获一等奖。
电路采用74373锁存，74LS244和ULN2003作电压和电流驱动，单片机（Atc52）作脉冲序列信号发生器。
程序设计基于中断服务和总线分时利用方式，实时更新各个电机的速度、方向。
整个舞蹈由运动数据所决定的一截截动作无缝连接而成。
本文主要介绍一下这个机器人的四相五线制步进电机驱动电路及程序设计.1、步进电机简介步进电机根据内部线圈个数不同分为二相制、三相制、四相制等。
本文以四相制为例介绍其内部结构。
图1为四相五线制步进电机内部结构示意图。
2、四相五线制步进电机的驱动电路电路主要由单片机工作外围电路、信号锁存和放大电路组成。
我们利用了单片机的I/O端口，通过74373锁存，由74LS244驱动，ULN2003对信号进行放大。
8个电机共用4bit I/O端口作为数据总线，向电机传送步进脉冲。
每个电机分配1bit的I/O端口用作74373锁存信号，锁存步进电机四相脉冲，经ULN2003放大到12V驱动电机运转。
电路原理图（部分）如图2所示。
（1）Intel 8051系列单片机是一种8位的嵌入式控制器，可寻址64K字节，共有32个可编程双向I/O口，分别称为P0～P3。
该系列单片机上集成8K的ROM，128字节RAM可供使用。
（2）74LS244为三态控制芯片，目的是使单片机足以驱动ULN2003。
ULN2003是常用的达林顿管阵列，工作电压是12V，可以提供足够的电流以驱动步进电机。
关于这些芯片的详细介绍可参见它们各自的数据手册。
（3）74373是电平控制锁存器，它可使多个步进电机共用一组数据总线。
我们用P1.0～P1.7作为8个电机的锁存信号输出端，见表1。
这是一种基于总线分时复用的方式，以动态扫描的方式来发送控制信号，这和高级操作系统里的多任务进程调度的思想一致。
PLC高速脉冲输出控制步进电机
PLC高速脉冲输出控制步进电机1. 背景介绍步进电机是一种常见的电动机类型，它具有精准的位置控制和高速运动的特点。
在很多工业自动化应用中，步进电机常常需要与PLC（可编程逻辑控制器）配合使用，以实现精准的位置控制和高速脉冲输出。
本文档将介绍如何通过PLC实现高速脉冲输出控制步进电机的方法和步骤。
2. 所需材料在开始之前，我们需要准备以下材料：•PLC控制器•步进电机驱动器•步进电机•连接线•电源请确保以上材料齐全并符合各自的规格要求。
3. PLC高速脉冲输出控制步进电机的步骤步骤一：连接电源和PLC控制器首先，将电源连接到PLC控制器上。
确保电源的电压和PLC控制器的额定电压匹配。
然后将PLC控制器的电源线连接到电源上，并确保连接牢固。
步骤二：连接步进电机驱动器和PLC控制器将步进电机驱动器的电源线连接到电源上，并确保连接牢固。
然后，将步进电机驱动器的控制线连接到PLC控制器上，确保连接正确。
步骤三：连接步进电机和步进电机驱动器将步进电机的线束连接到步进电机驱动器上，确保连接正确。
根据步进电机的规格要求，选择正确的接线方法。
步骤四：PLC编程在PLC编程软件中进行编程，以实现高速脉冲输出控制步进电机。
以下是一个简单的PLC编程示例：BEGINVARmotor_output: BOOL := FALSE; -- 步进电机控制信号pulse_delay: TIME := T#10MS; -- 脉冲延迟时间，控制步进电机的速度END_VAR-- 主程序WHILE TRUE DO-- 输出一个脉冲信号控制步进电机运动motor_output := NOT motor_output;DELAY pulse_delay; -- 延迟一段时间，控制步进电机的速度END_WHILE;END;以上的PLC程序实现了一个简单的高速脉冲输出控制步进电机的功能。
在主程序中，通过循环不断地输出一个脉冲信号来控制步进电机的运动，同时通过调整延迟时间来控制步进电机的速度。
单片机步进电机控制程序代码
单片机步进电机控制程序代码引言：步进电机是一种常见的电机类型，它具有准确的位置控制和高速运动的特点，在许多应用中被广泛使用。
为了实现步进电机的精确控制，我们需要编写相应的单片机控制程序代码。
本文将介绍一种常见的单片机步进电机控制程序代码，并详细解析其实现原理和使用方法。
一、控制原理：步进电机通过控制电流的方向和大小来控制转子的运动，常见的步进电机控制方式有两相和四相控制。
本文将以四相控制为例进行介绍。
四相控制是指通过控制四个线圈的电流状态来控制步进电机的运动。
具体控制方式有全步进和半步进两种。
全步进模式下，每一步都是四个线圈中的两个同时激活；半步进模式下，每一步都是四个线圈中的一个或两个同时激活。
在本文中，我们将介绍半步进模式的控制程序代码。
二、程序代码：下面是一段常见的单片机步进电机控制程序代码：```c#include <reg51.h>sbit A1 = P1^0;sbit A2 = P1^1;sbit B1 = P1^2;sbit B2 = P1^3;void delay(unsigned int t){unsigned int i, j;for (i = 0; i < t; i++)for (j = 0; j < 120; j++);}void main(){unsigned int i;unsigned char step[8] = {0x01, 0x03, 0x02, 0x06, 0x04, 0x0C, 0x08, 0x09};while (1){for (i = 0; i < 8; i++){P1 = step[i];delay(1000);}}}```三、代码解析：1. 引用头文件reg51.h，该头文件定义了单片机51的寄存器等相关信息。
2. 定义了四个IO口A1、A2、B1、B2，分别对应步进电机的四个线圈。
3. 定义了一个延时函数delay，用于控制电机转动的速度。
步进电机控制实验实验报告及程序
实验九步进电机控制实验姓名专业通信工程学号成绩一、实验目的1.掌握keil C51软件与proteus软件联合仿真调试的方法；2.掌握步进电机的工作原理及控制方法；3.掌握步进电机控制的不同编程方法；二、实验仪器与设备1.微机1台2.keil C51集成开发环境3.Proteus仿真软件三、实验内容1.用Proteus设计一四相六线步进电机控制电路。
要求利用P1口作步进电机的控制端口，通过达林顿阵列ULN2003A驱动步进电机。
基本参考电路见后面附图。
2.编写程序，实现步进电机的正反转控制。
正反转时间分别持续10S时间，如此循环。
3.设计一可调速步进电机控制电路。
P3.2~P3.5分别接按键k1~k4，其中k1为正反转控制按键，k2为加速按键，k3为减速按键，k4为启动/停止按键，要求速度7档（1~7）可调，加减速各设3档，复位时位于4档，要求每档速度变化明显。
该步进电机控制电路在以上电路的基础上自行修改。
四、实验原理1.步进电机控制原理：1)步进电机是利用电磁铁的作用原理，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。
每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。
特点A.来一个脉冲，转一个步距角。
B.控制脉冲频率，可控制电机转速。
C.改变脉冲顺序，可改变转动方向。
2)以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。
三相反应式步进电动机的原理结构图如下，定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。
转子有四个齿。
给A相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。
由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。
由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因。
3）三相反应式步进电动机的控制原理①三相单三拍：A 相→ B 相→ C 相→ A 相②三相六拍：A→AB →B →BC →C → CA→ A③三相双三拍：AB →BC →CA→AB4）步距角计算公式：θ—步距角 Z r—转子齿数 m —每个通电循环周期的拍数2、ULN2003A：七达林顿阵列ULN2003A是集成达林顿管反相驱动电路，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动电机、继电器等功率器件。
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步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。
每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。
步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。
因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。
步进电机主要是由定子、定子绕组和转子组成。
涉及的基本概念如下：
1.相——步进电机有几个定子绕组（线圈）就是几相。
2.线——步进电机引出有几根连接的导线。
3.极性——分为单极性和双极性。
如果步进电机的线圈是可以双向导电的，那么这个步进电机就
是双极性的，相反，如果步进电机的线圈是只允许单向导电的，那么这个步进电机就是单极性的。
4.极数——每个电机每相含有的磁极个数就是极数。
由于磁极是成对出现的，所以电机有2、4、6、
8……极之分。
步进电机结构示意图
步进电机分类——按结构分类
反应式
反应式步进电机
定子上有绕组、转子由软磁材料组成。
结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
噪声振动大，多为三相。
永磁式
永磁式步进电机
永磁式步进电机的转子用永
磁材料制成，转子的极数与
定子的极数相同。
其特点是
动态性能好、输出力矩大，
但这种电机精度差，步矩角
大（一般为7.5°或15°）。
混合式
混合式步进电机
其定子上有多相绕组、转子
上采用永磁材料，转子和定
子上均有多个小齿以提高步
矩精度。
其特点是输出力矩
大、动态性能好，步距角小，
但结构复杂、成本相对较高。
二相和五相。
步进电机分类——按定子绕组
步进电机按定子上绕组来分，共有二相、三相、四相和五相等系列。
最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。
该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍（0.007°/微步）。
由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。
同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。
42步进电机是指安装机座尺寸是42mm的步进电机，其最大输出力矩是0.5NM；
57步进电机是指安装机座尺寸是57mm的步进电机，其最大输出力矩是3.0NM。
A
D
B C
步距角
步进电机的定子绕组每改变一次通电状态，转子转过的角度称为步距角。
360
s m Z C
θ︒
=
⨯⨯M 是定子相数；Z 是转子齿数；C 是通电方式系数；
单相轮流通电、双向轮流通电时，C=1；单双相轮流通电时，C=2
步进电机步进电机的步进方式：单拍、双拍、单双拍
【注】A 、B 指的是A 、B 线圈通正向电流，-A 、-B 指的是A 、B 线圈通反向电流。
由于五线四相步进电机无
法通反向电流，所以只有A 、B 、C 、D 。
单拍
单拍：每次只给一个线圈通
电，通过改变每次通电的线圈从而使步进电机转动。
五线四相步进电机：A 、B 、C 、D ；
四线双极性步进电机：A 、B 、-A 、-B ；
双拍
双拍：每次给两个线圈通电，
通过改变通电的线圈从而使步进电机转动。
五线四相步进电机：AB 、BC 、CD 、DA ；
四线两相步进电机：AB 、B-A 、-A-B 、-BA ；
单双拍
单双拍：单拍工作方式和
双拍工作方式交替进行。
五线四相步进电机：A 、AB 、B 、BC 、C 、CD 、D 、DA ；四线双极性步进电机：A 、AB 、B 、BA-、A-、A--B 、B-、B-A ；
四相步进电机驱动控制数据
驱动模式通电绕组二进制数驱动数据DCBA D7~D0
单4拍A00010X01 B00100x02 C01000x04 D10000x08
双4拍AB00110x03 BC01100x06 CD11000x0c DA10010x09
单双4拍
A00010x01
AB00110x03
B00100x02
BC01100x06
C01000x04
CD11000x0c
D10000x08
DA10010x09
A
B C
D
四相步进电机控制电路图
P1.1P1.2P1.3P1.4
P1.5
P1.6P1.7
P1.0
X1
X2
RESET
EA
U1C
89C51
X1C
12MHz
C2C 22p F
C1C
22p F
GND
R3C
1K GND
R2C
100Ω
RESET
C2C
10u F
VCC_C
A P1.0
B P1.1
C P1.2D
P1.3
U2C
74LS14
U2D 74LS14U2E 74LS14U2F 74LS14
RP110K
VCC
R0E4
100
VCC
GND
H
L K0
123R1E4
100
GND
H
L K1
123R2E4
100
H
L
K2
123K0P1.5K1P1.6K2
P1.7
OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7COM
IN7GND
IN6IN5IN4IN3IN2IN1
U3
2003
R1020/1W
R11R12R13
RP2
1K
L E D 2
L E D 3
L E D 4
L E D 5
VCC
GND
M
四相步进电机
VCC 1235
6
4
VCC
ULN2003
程序。