基于AT89C51单片机的步进电机控制系统毕业设计(论文)
基于AT89C51单片机步进电机控制
基于AT89C51单片机步进电机控制————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：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： (3)1设计要求 (3)2步进电机原理 (3)2.1步进电机工作方式32.2框图设计52.3知识点63硬件设计 (6)3.1电路原理63.2驱动电路73.3晶振电路73.4总体电路图84软件设计 (8)4.1程序流程图84.2程序清单105遇到的问题及解决方案 (10)5.1问题105.2解决方法10参考文献 (10)设计心得体会 (11)附录一．原器件清单 (12)附录二．Proteus 仿真图 (14)附录三．ULN2003作用及引脚介绍 (15)附录四．程序清单 (17)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步进电机工作方式由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备----步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图1所示控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。
单片机at89c51毕业论文
单片机at89c51毕业论文单片机AT89C51毕业论文在当今科技飞速发展的时代，电子技术已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
而单片机作为电子技术的核心之一，其在各个领域都有着广泛的应用。
本篇论文将围绕单片机AT89C51展开讨论，探究其在毕业设计中的应用。
首先，我们来介绍一下AT89C51单片机。
AT89C51是一款由美国Atmel公司生产的8位单片机，其内部集成了4KB的闪存、128字节的RAM和32个I/O引脚。
它具有高性能、低功耗和易于编程的特点，因此在工业控制、通信、汽车电子等领域得到了广泛的应用。
在毕业设计中，单片机AT89C51可以发挥出其强大的功能。
首先，它可以用来实现各种控制系统。
比如，我们可以利用AT89C51单片机来设计一个智能家居控制系统，通过编程控制各种家电设备的开关和调节，实现智能化的家居生活。
此外，AT89C51还可以用来设计一个自动化生产线控制系统，通过编程控制各个环节的动作和协调，提高生产效率和质量。
其次，单片机AT89C51还可以用来设计各种传感器系统。
传感器是将物理量转化为电信号的装置，它在现代科技中起着至关重要的作用。
利用AT89C51单片机，我们可以设计一个温度传感器系统，通过编程读取传感器的温度数值，并根据不同的温度范围进行相应的控制。
另外，AT89C51还可以用来设计一个光照传感器系统，通过编程读取传感器的光照强度，实现自动调节灯光亮度的功能。
除了以上的应用，单片机AT89C51还可以用来设计各种嵌入式系统。
嵌入式系统是指将计算机技术应用到各种电子设备中，使其具有智能化、自动化的特点。
利用AT89C51单片机，我们可以设计一个智能交通信号灯系统，通过编程控制信号灯的变化，实现交通流畅和安全。
此外，AT89C51还可以用来设计一个智能医疗设备系统，通过编程控制医疗设备的操作和监测，提高医疗效率和准确性。
在毕业设计中，除了应用单片机AT89C51进行系统设计外，还可以对其进行深入的研究和优化。
基于AT89C51单片机的步进电机控制
基于AT89C51单片机的步进电机控制基于AT89C51单片机的步进电机控制摘要：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，键盘目录摘要 (1)第一章绪论 (2)1.1 步进电机及其发展 (2)1.2 步进电机在我国的发展应用及前景 (2)1.3 设计研究内容 (3)第二章控制系统硬件分析与设计 (4)2.1 步进电机 (4)2.2 单片机的选择 (6)2.3 步进电机控制系统的组成 (7)第三章控制系统软件分析与设计 (14)3.1 程序流程图 (14)3.2 读键盘子程序流程图 (15)3.3 键盘处理子程序流程图 (15)3.4 电机控制中断程序流程图 (16)第四章调试与改进 (18)4.1 调试与改进 (18)4.2 运行结果 (18)第五章总结 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录 (22)附录一源程序清单 (22)附录二控制原理图 (27)第一章绪论1.1 步进电机及其发展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。
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Based on the AT89C51 single-chip stepper motor controlsystem designABSTRACTWith the development of microelectronics and computer technology, the stepper motor demand grow with each passing day, which is widely used in printers, electric toys and other consumer products, industrial robots and CNC machine tools, medical equipment and other mechanical and electrical products, the national economy in various fields are applied. Study of stepping motor control system, to improve the control precision and response speed, energy saving etc have important significance.A stepper motor can be converted into electric pulse signal of angular displacement or line displacement of the mechanical and electrical components, a stepper motor control system is mainly composed of a stepping controller, a power amplifier and a stepper motor. Using single chip microcomputer control, using software to replace the stepping controller, which has the advantages of simple circuit, low cost, reliability is increased. Software programming can produce different types of step motor excitation sequence to control stepper motor operation mode.This design is the use of AT89C51 single-chip stepper motor control, through the I/O port output timing square wave as a stepper motor control signal, the signal through the ULN2003 chip stepper motor driver.Practice has proved, based on the single chip microcomputer to control the step motor than the traditional stepping controller has better performance, more simple, convenient, and reliable. The design of the main research object is the open loop servo system in the most commonly used executive device -- stepping motor.Keywords：Stepper motor, MCU, Positive control, Keyboard control, LCD liquid crystal display目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)1.1 步进电机及其发展 (1)1.2 步进电机在我国的发展应用及前景 (1)1.3 设计研究内容 (2)2 控制系统硬件分析与设计 (3)2.1 步进电机 (3)2.1.1 步进电机的原理 (3)2.1.2 步进电机的特点 (4)2.1.3 步进电机的分类 (4)2.1.4 永磁步进电机的控制原理 (5)2.2 单片机的选择 (6)2.2.1 单片机的引脚功能 (6)2.2.2 主要特性 (6)2.3 步进电机控制系统的组成 (7)2.3.1 键盘控制电路 (7)2.3.2 LCD液晶显示电路 (8)2.3.3 步进电机驱动电路 (10)3 控制系统软件分析与设计 (13)3.1 程序流程图 (13)3.2 读键盘子程序流程图 (14)3.3 键盘处理子程序流程图 (14)3.4 电机控制中断程序流程图 (15)4 调试与改进 (17)4.1 调试与改进 (17)4.2 运行结果 (17)结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录一 (22)附录二 (27)论文原创性声明1 绪论1.1 步进电机及其发展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。
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。
利用单片机AT89C51控制步进电机毕业论文(论文)
利用单片机AT89C51控制步进电机毕业论文(论文)广州城建职业学院毕业设计题目利用单片机AT89C51控制步进电机所在系机电与信息工程学院专业班级 10应用电子技术班学生姓名罗 X X学生学号 1004080123指导老师李有兵广州城建职业学院教务处制利用单片机AT89C51控制步进电机10应用电子技术班罗汉友指导教师：李有兵摘要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。
本文介绍了单片机控制步进电机的系统。
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。
本文先介绍了混合式步进电机的结构和工作原理，分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用，设计主要采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、数码管显示电路组成，单片机是控制系统的核心。
文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。
关键词AT89C51；步进电机；正反转目录第1章单片机控制系统概述 (3)1.1单片机系统概述 (3)1.2 AT89C51单片机概述 (4)第2章步进电机概述 (9)2.1 步进电机的基本介绍 (9)2.2 步进电机的特点及种类 (10)2.3 步进电机的选择 (11)第3章单片机编程软件概述 (12)3.1 Keil软件简介 (12)3.2 Keil工程项目建立 (12)3.3 C语言程序代码 (13)第4章硬件电路设计 (21)4.1电路设计构思 (21)4.2 硬件电路设计 (23)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)第1章单片机控制系统概述1.1单片机系统概述随着材料科学、工艺技术、计算机技术的发展与进步，电路系统向着集成度极高的方向发展。
基于51单片机控制步进电机毕业设计论文
基于51单片机控制步进电机毕业设计论文南京工业大学毕业设计题目：基于单片机的步进电机控制系统设计学生姓名：学号：专业：电气工程与控制科学学院班级：指导教师：杨道业2016年6月基于单片机的步进电机控制系统设计摘要步进电动机是一种由电脉冲信号控制的执行元件，由于它具有易控制、体积小等特点，所以在数控系统、自动生产线、自动化仪表、绘图机和打印机等方面有着广泛应用。
微电子技术的普及与应用以及微型计算机的飞速发展，逐步进入电机应用领域，这使得之前用硬件电路构成大而复杂的控制器，现在可以用软件来实现。
这不仅降低了硬件成本，又提高了控制的灵活性、可靠性及多功能性。
由于步进电机具有瞬时启动，急速停止，精度高等特点，用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此设计出基于单片机的步进电机控制系统具有极大的价值和广泛的应用。
本文课题主要研究了基于单片机的步进电机系统的论证设计。
课题内容包括概述步进电机与单片机的工作原理，对步进电机驱动电路进行了分析，以及对系统硬件电路及程序进行了设计与测试。
步进电机控制系统的设计采用了软硬件协同仿真的方法，可以有效降低系统开发的时间与成本。
利用protues仿真软件完成电机的正反转、加减速、启动停止等基础功能，利用单片机、步进电机驱动芯片、字符型LCD和键盘阵列等元件模块，设计了以控制器与驱动器为一体的步进电机仿真控制系统，实现了对步进电机的方位设定、位置控制等功能，并实时显示出步进电机的工作状态。
该系统的硬件组成主要包括控制电路、显示电路、报警反馈电路以及驱动电路组成，根据硬件电路设计出相应的软件程序，进行调试与分析。
该设计系统具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点。
关键词：步进电机驱动电路单片机仿真控制系统Design of stepping motor control system based on single chip microcomputerAbstractStepping motor is a kind of by electric pulse signal to control actuator, because it is easy to control, small size and other characteristics, so in the CNC system, automatic production lines, automatic instrument, drawing machine and printer has a widely application. The popularization and application of microelectronic technology and rapid development of micro computer, and gradually into the application field of the motor, which makes before hardware circuit controller of large and complex can now be used software to achieve. This not only reduces the cost of hardware, but also improves the flexibility, reliability and functionality of the control. Because of the stepper motor with instantaneous start, rapid stop, high accuracy, and with the composition of the open loop system is simple, cheap, and very practical. Therefore, the design of based on single-chip stepper motor control system has great value and broad application.This paper mainly studies the design of the stepper motor system based on single chip microcomputer. The content of the subject includes the principle of step motor and single chip microcomputer, the stepper motor drive circuit is analyzed, and the system hardware circuit and program are designed and tested. The design of stepping motor control system adopts the method of software and hardware co simulation, which can effectively reduce the time and cost of the system development. Using Protues simulation software to complete the motor positive inversion, deceleration and stop start and other basic functions, using single chip microcomputer, stepping motor drive chip, character type LCD and keyboard array element module, the design of the controller and the driver for one step into the simulation of motor control system, realizes the function of the stepper motor range setting, position control and real-time display of a step into the working state of the motor. The hardware of the system consists of control circuit, display circuit, alarm feedback circuit and drive circuit, the corresponding software program is designed according to the hardware circuit, and the debugging and analysis are carried out. The design system has the characteristics of clear thinking, high reliability, strong stability and so on.Keywords: stepping motor ;drive circuit;single chip microcomputer;simulation and control system目录第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题的目的和意义 (1)1.3课题的内容 (2)第二章步进电机的结构与特点 (3)2.1步进电机的构造 (3)2.2步进电机的工作原理 (3)2.3步进电机的主要特征 (5)2.4步进电机绕组的电气特性 (6)2.5步进电机的选型 (8)第三章设计原理分析 (9)3.1设计目的 (9)3.2设计要求 (9)3.3总体设计方框图 (9)3.4设计方案论证 (10)3.4.1系统控制方案 (10)3.4.2驱动模块方案选择 (12)3.4.3最终方案确定 (14)第四章步进电机控制系统硬件设计 (15)4.1单片机最小系统 (15)4.2 控制电路 (17)4.3 驱动电路 (18)4.4 显示电路 (19)4.5 位移越界报警电路 (20)4.6 状态指示灯显示电路 (21)第五章步进电机控制系统软件设计 (22)5.1主程序设计 (22)5.2 LCD显示程序设计 (24)5.3转速控制程序设计 (26)5.4程序设计 (27)5.5角度设定程序设计 (27)5.6位移设定程序设计 (29)第六章仿真结果与分析 (33)6.1整体硬件设计图 (33)6.2测试 (33)6.3误差分析 (37)第七章总结 (39)参考文献 (40)致谢 (42)南京工业大学本科毕业设计（论文）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]。
基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统设计
基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统设计步进电动机是一种运动精度高、控制方便的电动机。
在很多应用中，需要使用步进电动机进行精确的位置控制，因此设计一个基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统非常有意义。
本文将设计一个基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统的原理、硬件电路和软件设计方案，并进行详细的说明。
1.原理步进电动机通过依次在不同的相上加电来实现精确的旋转运动。
控制步进电动机的主要原理是通过改变控制相的顺序和频率来控制电动机的转向和运动速度。
在本设计中，我们将使用四相步进电动机，即控制电动机旋转需要改变四个相的状态。
2.硬件电路设计硬件电路主要包括：电源电路、单片机模块、驱动模块和步进电动机模块。
（1）电源电路：为步进电动机和单片机提供适当的电源电压和电流。
（2）单片机模块：使用AT89C51单片机作为主控制器，通过引脚控制驱动模块的工作状态。
（3）驱动模块：用于驱动步进电动机，可选择使用L298N或ULN2003驱动芯片。
（4）步进电动机模块：包括四相步进电动机和相应的接线。
3.软件设计方案（1）初始化：设置单片机工作模式、引脚方向和初始状态。
（2）编写驱动程序：根据步进电动机的相序进行编写，并通过控制相的芯片来控制电机的转向和运动速度。
（3）编写控制程序：通过按键或外部信号触发，调用相应的驱动程序来实现步进电动机的控制。
（4）编写显示程序：通过液晶显示屏或LED灯等方式显示步进电动机的状态，方便用户了解电动机的运行情况。
4.系统功能和特点本控制系统具有以下功能和特点：（1）精确控制：通过改变相序和频率控制电动机的转向和运动速度，实现步进电动机的精确控制。
（2）高效稳定：采用AT89C51单片机作为主控制器，具有高效、稳定的运行特性。
（3）灵活可扩展：可以根据实际需求添加外部输入或输出模块，实现更多功能的扩展。
（4）易操作性：可以通过按键或外部信号触发，方便用户进行操作和控制。
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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AbstractStepping 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目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (I)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 (1)1.3 本章小结 (2)第二章步进电机控制系统设计 (2)2.1 步进电机的原理 (2)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 (4)2.1.3 三相六拍通电方式 (5)2.2 环形脉冲分配器 (7)2.3 续流电路 (10)2.3.1 二极管续流 (11)2.3.2 二极管—电阻续流 (12)2.4 步进电机驱动电路 (13)2.5 步进电机的变速控制 (14)2.5.1 变速控制的方法 (16)2.6 步进电机在自动生产线中的应用 (17)2.7 本章小结 (18)第三章控制系统硬件设计 (19)3.1 硬件系统设计原则 (19)3.2 控制系统组成 (20)3.3 主要元件的选择 (20)3.3.1 单片机的选择 (20)3.3.2 EPROM的选择 (21)3.3.3 可逆计数器的选择 (22)3.4 控制系统接口电路的设计 (23)3.4.1 环形脉冲分配器设计 (23)3.4.2 显示电路设计 (24)3.4.3 外部复位电路设计 (25)3.5 控制系统整体电路设计 (26)3.6 本章小结 (26)第四章控制系统软件设计 (27)4.1 软件系统设计原则 (27)4.2 步进电机控制系统功能设计 (27)4.3 主程序设计 (28)4.3.1 主程序工作过程 (28)4.3.2 主程序工作流程图 (29)4.3.3 定时器T0中断程序流程图 (29)4.4 Proteus仿真 (32)4.5 显示程序设计 (34)4.6 键盘程序设计 (34)4.7 调速程序设计 (36)4.7.1 20BY步进电机参数 (36)4.7.2 步进电机转速与频率的关系 (36)4.8 本章小结 (37)第五章结束语 (37)参考文献 (38)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。
对于一个步进电机控制系统而言，总希望它能以最短的时间到达控制终点。
因此要求步进电机的速度尽可能地快，但如果速度太快，则可能发生失步。
此外，一般步进电机对空载最高启动频率都是有所限制的。
当步进电机带负载时，它的启动频率要低于最高空载启动频率。
根据步进电机的矩频特性可知，启动频率越高，启动转矩越小，带负载的能力越差。
当步进电机启动后，进入稳态时的工作频率又远大于启动频率。
由此可见，一个静止的步进电机不可能一下子稳定到较高的工作频率，必须在启动时有一个加速的过程。
从高速运行到停止也应该有一个减速的过程，防止步进电机因为系统惯性的原因，而发生冲过终点的现象。
为此本文以单片机作为控制核心，实现步进电机的自动加减速控制，使系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象。
因为步进电机的转速正比于控制脉冲的频率，所以调节步进电机的转速，实质上是调节单片机输出的脉冲频率【1】。
由于步进电机的运动特性受电压波动和负载变化的影响小，方向和转角控制简单，并且步进电机能直接接收数字量的控制，非常适合采用微机进行控制。
步进电机工作时，失步或者过冲都会直接影响其控制精度。
研究步进电机的加减速控制，可以提高步进电机的响应速度、平稳性和定位精度等性能，从而决定了步进电机控制系统的综合性能。
1.2 课题的主要研究内容1、步进电机的工作原理通过查阅文献对步进电机的单拍运行、双拍运行、单双拍运行等各种运行方式进行研究，深入了解各种运行方式的特点和对步进电机控制性能的影响。
2、环形脉冲分配器的设计研究环形脉冲分配器的作用和构成，并设计出可靠、灵活的环形脉冲分配器电路。
3、步进电机的续流电路根据步进电机的控制特点，分析续流电路对步进电机控制性能的影响，并设计步进电机的续流电路。
4、步进电机控制系统的软硬件设计根据步进电机的原理和控制特点，对步进电机控制系统的软硬件进行分析和设计。
5、程序的调试及修改用Keil软件进行编程和调试，并且在Proteus环境下进行系统仿真。
1.3 本章小结本章首先介绍了课题研究的背景，提出设计的思路。
其次介绍了课题研究的目的和意义，最后介绍了课题的主要研究内容。
第二章步进电机控制系统设计2.1 步进电机的原理反应式步进电机的工作原理是与反应式同步电机一样，也是利用转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应转矩而转动，如图2.1 所示是一台反应式步进电机的工作原理，定子铁心为凸极式，共有三相，六个磁极，不带小齿，磁极上装有控制绕组，相对的两个磁极串联连接，组成一相控制绕组。
转子用软磁材料制成，也是凸极结构，只有两个齿，齿宽等于定子的极靴宽【2】。
2.1.1 三相单三拍通电方式这是步进电机的一种最简单的工作方式，所谓“三相”，即三相步进电机，具有三相定子绕组；“单”指每次只有一相绕组通电；“三拍”指三次换接为一个循环，第四次换接重复第一次情况。
当A相绕组通电如图2.1 (a) 所示，而B相和C相不通电时，A相的两个磁极被励磁，一个呈N极另一个呈S极，由于磁场对转子铁心的电磁吸力，使转子轴线对准A相磁极的轴线。
这种现象也可以这样来理解，A相通电时，转子对定子的相对位置不同，则磁路的磁阻也不同，使A相磁路的磁阻为最少的转子位置，就是该时的稳定平衡位置，即转子稳定在转子轴线和A相磁极轴线相重合的位置。
同样道理，当A相断开，接通B相时，如图2.1 (b) 所示，B相磁极对转子的电磁力将使转子顺时针转过60°，达到转子轴线和B相磁极轴线相重合的位置，即转子走过一步，然后B相电源断开，同时接通C相如图2.1 (c) 所示，同理将使转子按顺时针方向再走一步。
如此按A-B-C-A的顺序使三相绕组轮流通电，则转子依顺时针方向一步一步地转动。
如果改变三相绕组的通电顺序为A-C-B-A显然步进电机将按逆时针方向转动。
上述三相三拍运行，表示三种通电状态为一个循环，即三次通电状态改变后，又恢复到起始状态，一拍对应转子转过的角度称为步距角，通常用θs表示，图2.1中转子每步转过的步距角为60°。
（a）A相通电（b）B相通电（c）C相通电图2.1 三相反应式步进电机原理如果将上图的反应式步进电机的转子制成四极（或称为四个齿）结构，如图2.2所示，则按三相单三拍运行时，转子的步距角也将发生变化。