单片机步进电机程序设计

目录1 引言 (1)2 步进电机设计方案及原理 (1)2.1 电路基本理论 (1)2.2 方案设计 (1)3 硬件设计 (2)3.1 硬件设备 (2)3.2 设计思路 (2)3.3 步进电机模块 (2)3.4 控制模块 (2)3.5 指示灯模块 (3)4 软件设计 (4)4.1 程序流程图 (4)4.2 中断延时程序 (4)5 总结 (5)6 参考文献 (5)7 附录 (5)7.1 硬件仿真图 (5)7.2 源程序代码 (6)1引言如今步进电机由于其一步一动以及单、双拍工作模式的特点已经被应用于很多机床设备中，控制好步进电机的运动，使其高效可靠的工作是非常重要的环节。

在该设计中主要模拟步进电机实现正反转的控制。

步进电机是一种将电脉冲转变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。

可通过控制脉冲数来控制角位移量，来达到准确的定位目的，也可通过控制脉冲的频率来控制电机的转速和加速度，从而达到调速的目的。

本设计根据步进电机的结构、原理及应用，在keil uVision2软件中利用C语言编写程序，然后在Proteus7.0仿真软件中反复运行和调试，实现单片机对步进电机的控制。

2步进电机设计方案及原理2.1 电路基本理论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，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。

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，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。

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。

控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。

控制步进电机的速度，即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。

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。

2.2方案设计基于单片机的步进电机控制电路的基本组成如图1所示。

图1 步进电机控制电路的原理框图在该设计方案中，硬件部分实现用单片机控制电机转动显示功能，包括控制开关模块；电机转动模块和电机转向显示模块。

软件部分实现对步进电机的控制功能，主要设计思想通过控制台控制程序的开关来控制电机的转动，以及控制电动机指示灯的显示。

3硬件设计3.1硬件设备在该设计中，经过分析，硬件器件选择有：单片机AT89C51，四相六线步进电机，电机驱动器LUN2003，LED显示灯，按钮，电阻，电源等。

3.2设计思路用AT89C51做主控芯片，按钮作为外部输入控制信号从P3口输入。

用单片机的P2口作输出口，P2.0~P2.3分别与驱动器LUN2003的1B~4B口相连接，进行脉冲的分配与放大，接着从1C~4C口输出控制电机转动。

又从单片机P2.4~P2.6口输出信号分别控制LED指示灯D2、D1、D3表示电机的正反转及停止状态。

3.3步进电机模块步进电机模块如图2所示，其功能为：将单片机输出的信号经过电机驱动器ULN2003给步进电机一个脉冲信号，使电机实现正转或反转。

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的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连。

图2步进电机3.4控制模块控制模块如图3所示，其功能为：通过3个按钮向单片机输入控制信号与程序结合来控制电机的正反转及停止。

以及1个按钮控制复位电路让电机恢复到初始状态。

图3单片机控制模块3.5指示灯模块指示灯模块如图4所示，其功能为：通过单片机输出的信号点亮LED灯来显示步进电机的工作状态。

D3红灯表示电机停止工作，D2绿灯表示电机正向运转，D1绿灯表示电机反向运转。

图4 LED显示灯4软件设计4.1程序流程图本设计程序的主流程图如图5所示。

图5程序流程图4.2中断延时程序在中断程序设计中使用定时器T0作中断定时器，所以设定TMOD=0x11。

定时时间设为1ms，则T0高八位、第八位分别为TH0=0xFC，TL0=0x18。

允许外部中断，在主函数中设定EA=1，ET0=1。

通过外部中断程序就可以用控制电路中按钮产生的信号控制电机的转动方向，并且每过1ms检测一次是否有外部中断信号产生。

中断程序代码如下：void timeint(void) interrupt 1 //定时器0中断处理{TH0=0xFC;TL0=0x18; //设定时每隔1ms中断一次count++;}在延时程序中用do…while语句作循环延时。

循环次数设定为1000次。

延时程序代码如下：void delay(){endcount=1000;count=0;do{}while(count<endcount);}5总结本设计采用51单片机AT89C51（晶振频率为12MHZ）对四相六线制步进电机进行控制。

通过I/O口输出的具有时序的脉冲信号经过驱动芯片ULN2003驱动步进电机。

ULN2003是高耐压、大电流达林顿阵列，由七个硅NPN达林顿管组成。

单片机AT89C51的21~24引脚接驱动器ULN2003的1~4输入端。

控制电路中用按钮对步进电机的运行状态进行控制，并用LED灯显示电机的运行状态。

设计的步进电机基本能实现预期目标，不足之处是实现控制比较简单，接下来的工作就是实现更多更复杂的步进电机的控制，如加减速控制，转换单双拍工作模式等。

通过该设计运用了所学的很多内容，如单片机原理，C语言等。

并且更加熟悉了Proteus7和keil uVision2等软件的使用。

软硬件的结合仿真使得我对所学知识应用于实践有了更大的信心。

6参考文献[1]李华,王思明,张金敏.单片机原理及应用[M].兰州:兰州大学出版社,2003:75-105.[2]何钦铭,颜辉.C语言程序设计[M].北京:高等教育出版社,2010:40-73.[3]柴钰.单片机原理和应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006:66-68.[4]张靖武.单片机系统的PROTUSE设计和仿真[M].电子工业出版社,2007:23-30.7附录7.1硬件仿真图硬件仿真全电路图如图6所示。

单片机AT89C51左边是复位电路，下边是3个按钮的输入控制电路。

单片机右边的上边为指示灯模块，下边为驱动器及步进电机模块。

图6硬件全电路图7.2源程序代码该设计程序主要实现步进电机的正反转及停止控制。

程序中用单片机的P3口作外部信号输入口，用单片机P2口作控制信号输出口。

当单片机接收到外部信号经判断后进入指定程序，依次给P2.0~P2.3口输出高电平控制电机正反转。

主要函数有：主函数main()，延时函数delay()，定时器中断函数timeint()。

该设计中主要用到的软件有：Proteus7.0和keil uVision2。

#include <AT89X51.h>static unsigned int count;static unsigned int endcount;void delay();void main(void){count = 0;P2_0 = 0;P2_1 = 0;P2_2 = 0;P2_3 = 0;EA = 1; //允许CPU中断TMOD = 0x11; //设定时器0和1为16位工作方式1ET0 = 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while(1){P2_4=1;P2_5=1;P2_6=0;if(P3_7==0) //停止控制{P2_6=0; //D3亮P2_0 = 0;P2_1 = 0;P2_2 = 0;P2_3 = 0;}else if(P3_5==0) //正转控制{P2_6=1; //D3灭P2_4=0; //D2亮P2_0 = 0;P2_1 = 0;P2_2 = 0;P2_3 = 1;delay();P2_0 = 0;P2_1 = 0;P2_2 = 1;P2_3 = 0;delay();P2_0 = 0;P2_1 = 1;P2_2 = 0;P2_3 = 0;delay();P2_0 = 1;P2_1 = 0;P2_2 = 0;P2_3 = 0;delay();}else if(P3_6==0) //反转控制{P2_6=1; //D1灭P2_5=0; //D3亮P2_0 = 1;P2_1 = 0;P2_2 = 0;P2_3 = 0;delay();P2_0 = 0;P2_1 = 1;P2_2 = 0;P2_3 = 0;delay();P2_0 = 0;P2_1 = 0;P2_2 = 1;P2_3 = 0;delay();P2_0 = 0;P2_1 = 0;P2_2 = 0;P2_3 = 1;delay();}}}void timeint(void) interrupt 1 //定时器0中断处理{TH0=0xFC;TL0=0x18; //设定时每隔1ms中断一次count++;}void delay() //延时子函数{endcount=1000;count=0;do{}while(count<endcount);}。