步进电机毕业设计
步进电机毕业设计论文
引言步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行元件，由于步进电机具有控制方便、体积小等特点，所以在数控系统、自动生产线、自动化仪表、绘图机和计算机外围设备中得到广泛应用。
微电子学的迅速发展和微型计算机的普及与应用，为步进电动机的应用开辟了广阔前景，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，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。
在当今社会的各个领域步进电机无处不在，应用领域涉及机器人、工业电子自动化设备、医疗器件、广告器材、舞台灯光设备、印刷设备、计算机外部应用设备等等。
因此，设计出高精确度、实时监控、语音提示的步进电机具有重要的现实意义和实用价值。
基于单片机的步进电机控制系统，能够有效地对步进电机转速、方向等进行控制。
本设计采用16位单片机AT89S52对步进电机进行控制，通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过驱动芯片驱动步进电机；同时，用按键来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速，1 课题背景步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一，是一种性能良好的数字执行元件，随着计算机应用技术、电子技术和自动控制技术在国民经济各个领域中的普及与深入，步进电机的需求量越练越大。
随着工业技术的不断发展，以及同类产品的不断出现，步进电机面临着前所未有的挑战。
但近30年来，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展，推动步进电机的发展，为步进电机的应用开辟了广阔的前景，近几年来，步进电机需求量一直呈现出较快的增长速度，其中扫描仪、打印机、传真、DVD-ROM/CD-ROM驱动器、空调及多功能自动化办公设备等应用对步进电机的需求增长最强。
此外由于USB2.0的日益流行促进了高分辨率扫描仪的销售，步进电机向着小型、薄型和更小的步进角度发展。
步进电机有着方方面面重要应用，如何对其进行有效控制，使其能够发挥最大的优势是各个行业技术开发人员所共同关注的，本次设计了一套简单的通用控制系统，对步进电机的转速、方向实行手动控制，并能通过数码管显示其转速。
毕业设计论文基于单片机的步进电机控制器
毕业设计论文基于单片机的步进电机控制器摘要：本文研究了基于单片机的步进电机控制器的设计与实现。
首先介绍了步进电机的原理和特点，然后详细介绍了单片机的选型和控制原理。
接着，设计了一个简单的步进电机控制器电路，并使用C语言编写了相应的控制程序。
最后，通过实际性能测试验证了该步进电机控制器的正常工作。
关键词：单片机、步进电机、控制器、C语言1.引言步进电机是一种适用于许多自动化系统的重要组件，广泛应用于打印机、机床、机器人等设备。
然而，传统的步进电机控制方式往往需要复杂的电路和控制器，使得系统设计和维护困难。
基于单片机的步进电机控制器具有结构简单、易于控制和成本低廉的优点，因此受到了广泛的关注。
2.步进电机控制原理步进电机是一种通过控制电流大小和方向来控制转动角度的电机。
它的转动角度是离散的，可以精确控制。
常见的步进电机包括两相、三相和四相步进电机。
在本设计中，选用了四相步进电机。
3.单片机选型与控制原理为了实现步进电机的控制，需要选取适合的单片机作为控制核心。
在本设计中，选择了XXXX单片机。
该单片机具有高性能、低功耗和丰富的外设接口，非常适合步进电机控制的需求。
单片机的控制原理主要分为两步：生成控制信号和输出电流。
控制信号通过单片机的GPIO口产生，用于控制步进电机的旋转方向和步进距离。
电流的输出通过单片机的PWM输出口产生，用于控制步进电机的转速。
4.步进电机控制器电路设计根据以上原理，本设计设计了一个简单的步进电机控制器电路。
电路主要包括单片机、电源模块、步进电机和相关驱动电路。
其中，单片机和电源模块的连接相对简单，主要是通过电源线和数据线进行连接。
步进电机和驱动电路的连接相对复杂，需要根据步进电机和驱动电路的规格参数进行正确的接线和设置。
5.步进电机控制程序设计本设计使用C语言编写了步进电机控制程序。
程序主要包括初始化配置和控制函数两个部分。
初始化配置部分用于设置单片机的工作模式、GPIO口的方向和电流输出配置等。
毕业设计(论文)-基于AT89C51单片机的步进电机控制系统
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于AT89C51单片机的步进电机控制系统设计学生姓名：学号：专业：自动化班级：自动化06-3班指导教师：基于AT89C51单片机的步进电机控制系统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Based on AT89C51 Single-chip ComputerStepping Motor Control SystemAbstractStepping 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 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 Computer目录摘要 (I)Abstract (II)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 (19)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 (23)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 (27)3.4.1 环形脉冲分配器设计 (27)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 (31)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 (32)4.3 主程序设计 (33)4.3.1 主程序工作过程 (33)4.3.2 主程序工作流程图 (34)4.3.3 定时器T0中断程序流程图 (34)4.4 Proteus仿真 (37)4.5 显示程序设计 (39)4.6 键盘程序设计 (39)4.7 调速程序设计 (41)4.7.1 20BY步进电机参数 (41)4.7.2 步进电机转速与频率的关系 (41)4.8 本章小结 (42)第五章结束语 (43)参考文献 (44)附录 (46)附录A 系统程序（C） (46)附录B 20BY步进电机转速与定时器定时常数关系表 (59)附录C 控制系统电路图 (62)致谢 (63)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。
PLC控制步进电机的系统设计(毕业设计)
摘要本文主要阐述了三相三拍步进电动机结构和步进电机原理，以及对步进电机的调速和正反转的研究。
采用PLC基本逻辑指令和常用指令的方法对步进电机调速很正反转控制。
步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。
步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。
所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。
步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。
SummaryThis paper describes the structure of three-phase three-beat stepper motors and stepper motor principle,and the stepper motor speed control and reversing research. Using PLC basic logic instructions and common method of instruction is reversing the stepper motor speed control.Stepper motor is a pulse signal into a linear displacement or angular displacement of the actuator.The output of the stepper motor displacement is proportional to the number of input pulses,the speed and unit time input pulses (ie pulse frequency)is proportional to its steering and pulse distribution phase stepper motor winding phase sequence of the.So long as the control command pulse number, frequency and phase sequence of the motor windings are energized,the output can be controlled stepper motor displacement, velocity and direction.Stepper motor has good control performance, and its start,stop,reverse and other changes in the way of any operation can be completed within a few pulses, and the availability of high control accuracy,and have been widely used。
步进电机控制系统毕业设计报告
无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）*******************毕业设计论文论文题目：基于单片机的步进电机控制电路板设计系部自动控制系专业电气自动化班级自动化20651班学生姓名王小梅学号 2010065125指导教师孙晓燕******************************无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）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IO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；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。
系统由硬件设计和软件设计两部分组成。
其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、数码显示（SM420361K数码管）模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。
软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。
软件采用在Keil软件环境下编辑的C语言。
本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。
毕业设计--步进电机[管理资料]
![毕业设计--步进电机[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/43d9797102d276a201292edf.png)
随着高精密加工技术的不断发展，人们对工作台的加工精度提出了越来越高的要求。
而工作台的定位精度是影响其加工精度的主要因素之一，所以如何方便实用的提高对工作台的精确定位成为现在各个方面都在研究的重要课题。
而对于开环和半闭环控制系统，由于开环环节的存在，使得我们在本次研究过程中的定位精度受到了一定的限制，对于工作台的定位精度主要取决于电机的控制精度以及程序控制误差的双重影响，为了达到最大限度的满足两自由度工作台X-Y的精确定位，本设计主要从基于高速脉冲的精确定位出发，以满足和提高现代机床的定位操作，从而满足人们两自由度工作台越来越高的要求。
为了在一定场合取代高成本的定位控制，实现精确定位控制系统最优的性价比，采用西门子S7-200系列PLC作为控制器，通过驱动器控制步进电机运行以实现准确定位。
本设计采用PLC基于高速脉冲的两自由度工作台精确定位控制系统，得出了精确定位控制系统设计与实施的关键，并给出了实现精确定位的控制方案及PLC程序。
这种使用PLC实现的定位方法具有快速、精确、成本低、易于实现的特点，在工业生产中十分实用。
关键词：工作台精确定位 PLC 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时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”），其旋转以固定的角度运行。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以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而达到调速的目的。
步进电机作为一种控制用的特种电机，因其没有积累误差（精度为100%）而广泛应用于各种开环控制。
可编程序控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。
通过对步进电机定位与PLC 的深入研究，本文提出了利用PLC的高速脉冲输出实现步进电机位置控制功能的有关见解与方法，介绍了步进电机加减速控制原理以及用PLC实现步进电机快速精确定位的方法，给出了位置控制系统方案及软件设计思路，在实验室内运行通过，对于工矿企业实现相关步进电机的精确定位控制具有较高的应用与参考价值随着现代微科技技术的发展，研制定位精度高、测量范围大、运动平面度高的二自由度工作台，即X-Y移动工作台具有重要现实的意义。
基于单片机的步进电机控制设计毕业论文
基于单片机的步进电机控制设计毕业论文摘要：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，广泛应用在各种自动化控制系统。
本设计以AT89C51单片机为核心，对步进电机进行控制，通过按键实现步进电机正转、反转、加速、减速，并使用LED显示电机速度。
经过PROTEUS仿真和硬件焊接，结果表明，系统实现了要求。
该电路简单，可靠性强，运行稳定。
关键词：AT89C51；ULN2003；LED；步进电机单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。
例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。
同时用单片机还可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。
目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。
综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。
另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。
从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。
这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命[2]。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，随着工业自动化的发展，步进电机的应用也越来越广泛，广泛应用在各种自动化控制系统中。
步进电机是一种用于开环控制的驱动元件。
它是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机。
毕业设计步进电机设计
第1章绪论1.1 课题背景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。
上个世纪就出现了步进电动机，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。
在本世纪初，由于资本主义列强争夺殖民地，造船工业发展很快，同时也使得步进电动机的技术得到了长足的进步。
到了80年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式更加灵活多样。
原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。
计算机则通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出电动机的潜力。
因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。
1.2 步进电机的发展现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。
其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。
现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。
步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点进电机可以和现代的数字控制技术相结合。
不过步进电机在控制的精度、速度化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。
在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。
使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。
步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。
它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。
早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2007届毕业论文（设计）题目：基于单片机的步进电机控制系统系别：自动化系专业：港口物流设备与自动控制班级：09港控11*名：***目录前言一、步进电机控制原理 (2)1.1步进电机的分类和主要参数 (2)1.1.1步进电机的分类 (2)1.1.2步进电机的一些基本参数 (2)1.2步进电机的原理 (3)1.2.1步进电机基本控制原理 (3)1.2.2步进电机控制系统原理…………………………………………… 3.二、设计方案－硬件电路设计 (4)2.1方案论证与比较 (4)2.2理论设计 (5)三、步进电动机的单片机控制 (7)3.1脉冲分配 (8)3.1.1通过软件实现脉冲分配 (8)3.1.2通过硬件实现脉冲分配 (10)四、步进电动机的运行控制 (11)4.1步进电动机的位置控制 (11)4.2步进电动机的加、减速控制 (14)五、总结 (20)参考文献及外文资料前言步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：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）。
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。
在步进电机的单片机控制系统中，要求能实现以下三个基本控制任务：控制换相顺序：步进电机的通电换相顺序要严格按照步进电机的工作方式进行。
也称为脉冲分配，实现脉冲分配的方法有两种：软件法和硬件法。
控制步进电机的转向：通过改变通电的相序来实现。
控制步进电机的转速：通过调节脉冲频率来实现。
一、步进电机控制原理1.1步进电机的分类和主要参数1.1.1步进电机的分类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。
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。
1.1.2步进电机的一些基本参数：（1）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。
（2）步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。
电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。
（3）保持转矩（HOLDING TORQUE）：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。
它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。
比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。
（4）DETENT TORQUE：是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。
DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。
1.2步进电机的原理1.2.1步进电机基本控制原理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，控制信号由单片机产生。
其基本原理作用如下：(1)控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。
例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A，B，C，D相的通断。
(2)控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
(3)控制步进电机的速度如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。
两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。
调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。
1.2.2步进电机控制系统原理典型的步进电机控制系统如图1.1所示，主要是由步进控制器，功率放大器及步进电机等组成。
脉冲步进电机控制器功率放大器步进电机负载图1.1 步进电机控制系统的组成二、设计方案－硬件电路设计2.1 方案论证与比较1、本设计的重点在于对步进电机的控制和驱动，设计中受控电机为四相六线制的步进电机（内阻33欧，步进1.8度，额定电压12V）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。
方案二：使用L298N芯片驱动电机L298N芯片可以驱动两个二相电机（如图2.2），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。
图2.2 L298N芯片2、数码管显示电路的设计方案一：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。
方案二：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。
2.2 理论设计综合以上选取的方案，总的流程如图2.3所示。
图2.3 控制系统总流程1、步进电机驱动电路通过L298N构成步进电机的驱动电路,电路图如图2.4所示。
图2.4 步进电机的驱动电路图通过MCS-51单片机的P1.0~P1.5口对L298N的IN1～IN4口和ENA、ENB口发送方波脉冲信号，起时序图如图2.5所示。
图2.5 时序图2、数码管显示电路的设计数码管的显示驱动使用74LS164，通过MCS-51单片机的串行口对DATA和CLK发送数据。
图2.6 数码管显示电路的设计图3、4x4键盘电路在设计中，使用了标准的4x4键盘，其电路图如图2.7所示。
单片机的P0口为键盘的接口。
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，我们使用了4x4的键盘。
图2.7 4x4键盘电路图三、步进电动机的单片机控制步进电动机的驱动电路根据控制信号工作。
在步进电动机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。
其基本控制作用如下。
(1)控制换相顺序步进电动机的通电换相顺序严格按照步进电动机的工作方式进行。
通常我们把通电换相这一过程称为脉冲分配。
（2）控制步进电动机的转向通过前面介绍的步进电动机原理我们已经知道，如果按给定的工作方式正序通电换相，步进电动机就正转；如果按反序通电换相，则电动机就反转。
（3）控制步进电动机的速度如果给步进电动机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。
两个脉冲的间隔时间越短，步进电动机就转的越快。
3.1脉冲分配实现脉冲分配（也就是通电换相控制）的方法有两种：软件法和硬件法。
3.1.1通过软件实现脉冲分配软件法是完全用软件的方式，按照给定的通电换相顺序，通过单片机的I/O口向驱动电路发出控制脉冲。
图3-1是用这种方法控制五相步进电动机的硬件接口例子。
利用8051系列单片机的P1.0~P1.4这5条I/O线，向五相步进电动机传送控制信号。
下面以五相步进电动机工作在十拍方式为例，说明如何设计软件。
这10个控制字如表3-1所列。
图3-1 用软件实现脉冲分配的接口示意图表3-1 五相十拍工作方式的控制字通电状态P1.4(E) P1.3(D)P1.2(C)P1.1(B)P1.0(A)控制字AB 1 1 1 0 0 FCH ABC 1 1 0 0 0 F8H BC 1 1 0 0 1 F9 BCD 1 0 0 0 1 F1H CD 1 0 0 1 1 F3H CDE 0 0 0 1 1 E3H DE 0 0 1 1 1 E7H DEA 0 0 1 1 0 E6H在程序中，只要依次将这10个控制字送到P1口，步进电动机就会转动一个齿距角。
每送一个控制字，就完成一拍，步进电动机转过一个步距角。
程序就是根据这个原理进行设计的。
用R0作为状态计数器，来指示第几拍，按正转时加1，反转时减1的操作规律，则正转程序为：CW： INC R0 ；正转加1CJNE R0，#0AH，ZZ ；如果计数器等于10修正为0MOV R0，#00HZZ： MOV A，R0 ；计数器值送AMOV DPTR，#ABC ；指向数据存放首地址MOVC A，@A+DPTR ；取控制字MOV P1，A ；送控制字到P1口RETABC： DB 0FCH，0F8H，0F9H，0F1H，0F3H ；10个控制字DB 0E3H，0E7H，0E6H，0EEH，0ECH反转程序为：CCW： DEC R0 ；反转减1（反序）CJNE R0，#0FFH，FZ ；如果计数器等于FFH修正为9MOV R0，#09HFZ： MOV A，R0MOV DPTR，#ABC ；指向数据存放首地址MOVC A，@A+DPTR ；取控制字MOV P1，A ；送P1口RET软件法在电动机运行过程中，要不停地产生控制脉冲，占用了大量的CPU时间，可能使单片机无法同时进行其他工作，所以，人们更喜欢用硬件法。
3.1.2通过硬件实现脉冲分配所谓硬件法实际上是使用脉冲分配器芯片，来进行通电换相控制。
脉冲分配器有很多种，这里介绍一种8713集成电路芯片。
8713有几种型号，如三洋公司生产的PMM8713，富士通公司生产的MB8713，国产的5G8713等，它们的功能一样，可以互换。
8713是属于单极性控制，用于控制三相和四相步进电动机，可以选择以下不同的工作方式。
三相步进电动机：单三拍，双三拍，六拍；四相步进电动机：单四拍，双四拍，八拍。
8713可以选择单时钟输入或双时钟输入；具有正反转控制,初始化复位,工作方式和输入脉冲状态监视等功能;所有输入端内部都设有斯密特整形电路,提高抗干扰能力;使用4~18V支流电源,输出电流为20mA。
8713有16个引脚。
各引脚功能如表3-2所列。
表3-2 8713引脚功能12 D；三相用13，12，11脚，分别代表A，B，C1314 工作方式监视。
0为单三（四）拍；1为双三（四）拍；脉冲为六（八）拍15 输入脉冲状态监视，与时钟同步16 电源8713脉冲分配器与单片机的接口例子如图3-2所示。