实验8.步进电机控制设计
步进电控制实验报告
一、实验目的1. 理解步进电机的工作原理及其应用领域。
2. 掌握单片机控制步进电机的技术方法。
3. 熟悉步进电机的驱动电路设计。
4. 通过实验验证步进电机控制系统的性能。
二、实验原理步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的电机，具有精度高、响应快、控制简单等优点。
其工作原理是：当输入一定频率的脉冲信号时，步进电机按照一定的步距角转动。
步进电机的步距角与线圈匝数、绕组方式有关。
本实验采用单片机控制步进电机，通过编写程序实现步进电机的正转、反转、停止、转速调节等功能。
三、实验设备1. 单片机实验平台：包括51单片机、电源、按键、数码管等。
2. 步进电机驱动模块：用于驱动步进电机，包括驱动电路和步进电机本体。
3. 实验指导书。
四、实验步骤1. 搭建实验电路（1）连接单片机实验平台，包括电源、按键、数码管等。
（2）连接步进电机驱动模块，包括电源、控制线、步进电机本体等。
（3）检查电路连接是否正确，确保无误。
2. 编写控制程序（1）初始化单片机相关端口，包括P1口、定时器等。
（2）编写步进电机控制函数，包括正转、反转、停止、转速调节等功能。
（3）编写主函数，根据按键输入实现步进电机的控制。
3. 下载程序（1）将编写好的程序下载到单片机实验平台。
（2）检查程序是否下载成功。
4. 测试实验（1）观察数码管显示的转速挡次和转动方向。
（2）通过按键控制步进电机的正转、反转、停止和转速调节。
（3）观察步进电机的转动情况，验证控制程序的正确性。
五、实验结果与分析1. 实验结果（1）通过按键控制步进电机的正转、反转、停止和转速调节。
（2）数码管显示转速挡次和转动方向。
（3）步进电机按照设定的方向和转速转动。
2. 实验分析（1）通过实验验证了单片机控制步进电机的可行性。
（2）实验结果表明，控制程序能够实现步进电机的正转、反转、停止和转速调节等功能。
（3）实验过程中，需要对步进电机驱动模块进行合理设计，以确保步进电机的稳定运行。
步进电机运动控制系统设计
步进电机运动控制系统设计设计时考虑到CPU在执行指令时可能受到干扰的冲击,导致程序”跑飞”或者进入”死循环”,因此,设计了看门狗电路,使用的是MAXIM公司生产的微处理系统监控集成芯片MAXI813。
本文还详细地给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该汇编程序。
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系统中。
在生产过程中要求自动化、省、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。
随着微和技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民领域都有应用。
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。
步进电机定位控制
02
反应式步进电机
03
混合式步进电机
转子为软磁材料，结构简单、步 矩角小、精度较高，但动态性能 较差。
结合了永磁式和反应式的优点， 具有较高的精度和动态性能，但 结构复杂、成本较高。
步进电机的主要应用领域
01 数控机床：用于工件的精确加工和定位。
02 机器人：用于机器人的关节驱动和定位控 制。
03
自动化生产线：用于自动化生产线的物料 搬运和定位控制。
04
打印机、复印机等办公设备：用于纸张的 进给和定位控制。
02
CHAPTER
步进电机定位控制系统
定位控制系统的基本组成
控制器
用于接收输入的定位指令，并按照控制算法 生成驱动脉冲信号。
驱动器
将控制器输出的脉冲信号放大，驱动步进电 机转动。
步进电机
步进电机定位控制的软件实现
软件实现概述
软件实现是实现步进电机定位控制的 重要组成部分，主要包括脉冲发生、 运动控制和通信等功能。
脉冲发生
根据控制算法输出的控制信号，生成 相应的脉冲信号，驱动步进电机运动。
运动控制
实时监测步进电机的运动状态，根据 反馈信息调整控制信号，确保电机按 照预定轨迹运动。
通信功能
工作原理：步进电机内部通常由一组带有齿槽的转子构成，定子上有多相励磁绕组。当给定一个脉冲信号时，定子上的励磁 绕组会按一定的顺序通电，从而在转子上产生一个磁极，该磁极与定子上的齿槽对齐时，转子会转动一个步进角。步进角的 大小取决于转子的齿数和通电的相数。
步进电机的种类与特点
01
永磁式步进电机
结构简单、成本低、步矩角大， 但精度较低。
接受驱动器发出的脉冲信号，按照设定的步 数和方向转动。
步进电机角度控制设计教程
步进电机角度控制设计教程步进电机是一种常用的电动机，它的运动可以被精确地控制。
步进电机的角度控制设计是指如何精确地控制电机的旋转角度。
本教程将介绍步进电机角度控制的基本原理和设计方法。
一、步进电机的基本原理步进电机由定子和转子组成，定子由电磁线圈组成，转子上有几个磁性极对。
当电流通过定子线圈时，会产生磁场，与磁性极对相互作用，从而引起转子的运动。
步进电机的运动分为两种模式：全步进和半步进。
全步进模式下，电机每次运动一个步距角度，而半步进模式下，电机每次运动一半步距角度。
根据需要，可以选择使用全步进模式或半步进模式。
二、步进电机角度控制设计方法1.确定步距角度首先，要确定所需的步距角度。
步进电机一般有1.8度、0.9度或0.45度等常见步距角度。
根据应用需要，选择合适的步距角度。
2.驱动电路设计步进电机需要一个驱动电路来控制电流的大小和方向，以实现精确的角度控制。
常用的驱动电路有单相和双相驱动电路。
单相驱动电路适合全步进模式，双相驱动电路适合半步进模式。
驱动电路一般由功率电路和控制电路组成。
功率电路负责控制电流的大小和方向，控制电路负责接收控制信号并产生相应的驱动信号。
3.控制信号设计控制信号是控制步进电机运动的关键。
通常使用微控制器或其他控制器来产生控制信号。
控制信号的频率和波形决定了电机的运动方式。
在全步进模式下，控制信号的频率应为电机的旋转频率，控制信号的波形为方波。
在半步进模式下，控制信号的频率是全步进模式的一半，控制信号的波形为方波和脉冲。
4.位置检测和反馈控制为了实现精确的角度控制，通常需要在步进电机上添加位置检测和反馈控制。
位置检测可以使用光电编码器、磁编码器等位置传感器实现，反馈控制可以根据位置检测结果对控制信号进行调整。
三、步进电机角度控制实例下面以一个步进电机角度控制实例来说明设计方法的具体步骤。
假设需要控制一个1.8度步距角度的步进电机，使用双相驱动电路和微控制器产生控制信号。
步进电机控制课程设计
步进电机控制 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解步进电机的原理与结构，掌握其工作方式；2. 使学生掌握步进电机控制的基础知识，包括驱动电路的设计与控制算法；3. 引导学生了解步进电机在自动化设备中的应用。
技能目标：1. 培养学生能够运用所学知识进行步进电机的选型与安装；2. 培养学生具备编写步进电机控制程序的能力，实现电机的精确控制；3. 提高学生动手实践能力，能够独立完成步进电机控制系统的搭建与调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对步进电机控制技术的兴趣，激发学生学习热情；2. 培养学生具备团队协作精神，能够在小组合作中发挥个人优势；3. 引导学生认识到步进电机控制技术在工业自动化中的重要性，树立科技创新意识。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为电子技术及应用领域的一门实用课程，针对高年级学生，他们在前期已经掌握了电子技术基础知识，具备一定的实践能力。
本课程旨在进一步提高学生的实际操作能力，培养他们解决实际问题的能力。
课程目标具体、可衡量，便于学生和教师在教学过程中明确预期成果。
通过本课程的学习，学生能够将理论知识与实际应用相结合，具备步进电机控制系统的设计与实施能力，为将来的职业生涯打下坚实基础。
二、教学内容1. 步进电机原理与结构：- 步进电机的工作原理- 步进电机的分类及结构特点- 步进电机的性能参数2. 步进电机控制系统基础：- 驱动电路设计与原理- 控制算法原理及应用- 步进电机与控制器接口技术3. 步进电机控制程序编写：- 控制程序设计流程- 编程语言及开发环境选择- 步进电机控制程序实例4. 步进电机控制系统实践：- 步进电机选型与安装- 控制系统硬件连接与调试- 控制程序下载与运行5. 步进电机应用案例分析：- 步进电机在自动化设备中的应用案例- 案例分析与讨论- 创新设计与实践教学内容安排与进度：第一周：步进电机原理与结构学习第二周：步进电机控制系统基础学习第三周：步进电机控制程序编写学习第四周：步进电机控制系统实践操作第五周：步进电机应用案例分析及创新设计教材章节关联：《电子技术与应用》第四章：电机控制技术《自动化控制系统》第三章：步进电机及其控制系统教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，按照教学大纲安排和进度，使学生能够循序渐进地掌握步进电机控制相关知识。
控制步进电机实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解步进电机的工作原理及控制方法。
2. 掌握单片机与步进电机驱动模块的接口连接方法。
3. 学习使用C语言编写程序，实现对步进电机的正反转、转速和定位控制。
4. 通过实验，加深对单片机控制系统的理解。
二、实验原理步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机，其特点是控制精度高、响应速度快、定位准确。
步进电机控制实验主要涉及以下几个方面：1. 步进电机驱动模块：常用的驱动模块有ULN2003、A4988等，它们可以将单片机的数字信号转换为步进电机的控制信号。
2. 单片机：单片机是整个控制系统的核心，负责接收按键输入、处理数据、控制步进电机驱动模块等。
3. 步进电机：步进电机分为单相、双相和三相等类型，本实验使用的是双相四线步进电机。
三、实验设备1. 单片机开发板：例如STC89C52、STM32等。
2. 步进电机驱动模块：例如ULN2003、A4988等。
3. 双相四线步进电机。
4. 按键。
5. 数码管。
6. 电阻、电容等元件。
7. 电源。
四、实验步骤1. 硬件连接（1）将步进电机驱动模块的输入端（IN1、IN2、IN3、IN4）分别连接到单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口。
（2）将按键的输入端连接到单片机的P3.0口。
（3）将数码管的段选端连接到单片机的P2口。
（4）将步进电机驱动模块的电源端连接到电源。
（5）将步进电机连接到驱动模块的输出端。
2. 编写程序（1）初始化单片机I/O端口，设置P1口为输出端口，P3.0口为输入端口，P2口为输出端口。
（2）编写按键扫描函数，用于读取按键状态。
（3）编写步进电机控制函数，实现正反转、转速和定位控制。
（4）编写主函数，实现以下功能：a. 初始化数码管显示；b. 读取按键状态；c. 根据按键状态调用步进电机控制函数；d. 更新数码管显示。
3. 调试程序（1）将程序烧写到单片机中；（2）打开电源，观察数码管显示和步进电机运行状态；（3）根据需要调整程序，实现不同的控制效果。
步进电机角度控制设计教程
1
1.1
设计制作和调试一个由8086组成步进电机角度测控系统。通过这个过程学习熟悉键盘控制和七段数码管的使用，掌握步进电机的角度控制和角度显示方法。
1.2
1．在显示器上显示任意四位十进制数
2．将8个键定义键值为0~7，按任意键在显示器上显示对应键值
（9）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
（10）/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间为外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器读取外部ROM数据。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，单片机读取内部程序存储器。（扩展有外部ROM时读取完内部ROM后自动读取外部ROM）。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
判断是否有键按下的方法是：向所有的列线I/O口输出低电平，然后将行线的电平状态读入累加器中，若无键按下，行线仍保持高电平状态，若有键按下，行线至少应有一条为低电平。当确定有键按下后，即可进行求键码的过程。其方法是：依次从一条列线上输出低电平，然后检查各行线的状态，若全为高电平，说明闭合键不在该列；若不全为1，则说明闭合键在该列，且在变为低电平的行的交点上。
若送电的顺序为S4闭合 断开 S3闭合 断开 S2闭合 断开 S1闭合 断开，周而复始的循环，则电机就逆时针旋转，原理同理。
3.3.2
ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003A管脚如图3-8所示。
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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实验8.步进电机控制设计
【实验目的】
掌握步进电机控制原理，熟悉C51编程与调试方法。
【实验原理】
实验电路原理图如图A.120所示，图中达林顿驱动器U2接于P1.0~P1.3，步进电机接在U2的输出端。
按键K1~K2接于P0.0~P0.1。
图A.120 实验8的电路原理图
在编程软件配合下，要求实现如下功能：单击K1控制步进电机正转；单击K2，控制步进电机反转，连续按K1、K2，步进电机可连续旋转。
步进电机控制编程原理：根据励磁方法建立励磁顺序数组，以半步励磁法为例，励磁顺序数组的元素为：0x02，0x06，0x04，0x0C，0x08，0x09，0x01，0x03。
程序启动后，根据案件状态修改励磁顺序数组的指针值，即单击K1时时针右移一位，随后将数组当前值由P2口输出，如此循环。
注意，在P2口两次输出之间需要插入软件延时。
【实验内容】
(1)学习单片机对步进电机的速度与方向控制原理；
(2)编写3种励磁方案程序，即1相励磁、2相励磁和1~2相励磁；
(3)比较不同励磁方案的步进电机仿真效果。
【实验步骤】
(1)提前阅读与实验8相关的阅读材料；
(2)参考图A.120；和表A.9，在ISIS中完成原理图的绘制；
(3)采用μVision3进行C51动态显示和A/D转换编程及调试。
【实验要求】
提交实验报告并包括如下内容：电路原理图、A/D转换原理分析、C51源程序（含注释语句）、仿真运行截图及实验小结。
【参考图表】
【实验程序】
/*步进电机控制程序*/
#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
void delay();//声明延时函数
code table[]={0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09,0x01,0x03};//励磁顺序数组
sbit K1=P0^0;//定义两个按键
sbit K2=P0^1;
void main()
{
while(1)
{
chari;
if(K1==0){delay();i++;if(i==8)i=0;}//K1按下，顺读数组（逆时针转）
if(K2==0){delay();i--;if(i==0)i=8;}//K2按下，逆读数组（顺时针转）
delay();
P2=table[i];//P2口输出励磁顺序
}
}
void delay()//延时函数
{
uchark,l;
for(k=125;k>0;k--)
for(l=200;l>0;l--);
}
【仿真截图】
略
【实验小结】
通过这次实验我掌握了步进电机工作原理的极编程的方法,同时做实验时要仔细,要按步骤来,避免人为错误，避免出现电路连接错误。