步进电机控制系统设计

湖南工程学院

课程设计

课程名称微机原理与应用

课题名称步进电机控制系统设计

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湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称微机原理与应用

课题步进电机控制系统设计

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目录

第1章目的与要求 (4)

第2章步进电机的原理介绍 (5)

2.1 步进电机的工作原理 (5)

2.2 步进电机的基本术语 (5)

2.2.1 相数 (5)

2.2.2 拍数 (6)

2.2.3 步距角 (6)

2.2.4 信号分配 (6)

第3章设计总体思路 (7)

3.1 方案与思路 (7)

3.2 总框图 (7)

第4章程序设计 (8)

4.1 主程序 (8)

4.2 显示子程序 (9)

4.3 键盘扫描子程序 (10)

第5章硬件设计 (11)

5.1 硬件的设计与选取 (11)

5.1.1步进电机的特点 (11)

5.1.2 步进电机的分类 (11)

5.1.3步进电机的注意点 (11)

5.2 单片机的选取 (12)

5.3 四位LED数码管的选取 (14)

5.4 其他零件根据实际情况选取 (14)

5.5 硬件的焊接 (15)

第6章调试与故障分析 (16)

6.1 软件部分 (16)

6.2 硬件部分 (16)

6.3 故障分析及解决 (17)

第7章总结 (18)

第8章参考文献 (19)

附件 (20)

系统原理图 (20)

元器件清单 (21)

源程序清单 (21)

第1章目的与要求

综合运用所学的《单片机原理与应用》理论知识，通过实践加强对所学知识的理解，具备设计单片机应用系统的能力，以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并在LED显示器上显示步进电机转速或工作状态。本课题以单片机为核心，设计并制作出步进电机控制系统，设计要求：

1、按下不同的键，分别使步进电机实现顺时针和逆时针旋转。

2、电机运转状态可以是正反转，加速减速，五种不同速度的各种组

合。

3、通过LED数码管显示电机运行状态。

第2章步进电机的原理介绍

2.1 步进电机的工作原理

步进电机是纯粹的数字控制电动机。它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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

如下图所示，驱动方式为二相四拍方式各线圈通通电顺序如下表：

电机正反转控制和速度控制：

当电机绕组通电时序为AB-BA’-A’B’-B’A-AB时为正转，通电时序为AB-B’A-A’B’-BA’-AB时为反转。步进电机的驱动电路，微电脑向步进电机输入端传送1或0信息，则可实现上述操作。通过不同长度的延时来得到不同频率的步进电机输入脉冲，从而得到多种步进速度，也就是改变电机的转动速度。

2.2 步进电机的基本术语

2.2.1 相数

产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，常用m表示。

2.2.2 拍数

完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以两相电机为例，有两相四拍运行方式即AB-BA’-A’B’-B’A-AB，

两相八拍运行方式AB-B-BA’-A’-A’B’-B’-B’A-A-AB。

2.2.3 步距角

对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。

2.2.4 信号分配

二相步进电机，工作方式有二相四拍和二相八拍二种，具体分配如下：二相四拍为,步距角为1.8度；二相八拍为,步距角为0.9度。两相四拍为AB-BA’-A’B’-B’A-AB,步距角为1.8度；两相八拍为

AB-B-BA’-A’-A’B’-B’-B’A-A-AB,步距角为0.9度。这里选取四拍的的工作方式。

第3章设计总体思路

3.1 方案与思路

因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。用单片机来产生这个脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是两相的，所以只需要P1口的低四位P1.0~P1.3分别接到电机的四根电线上。定时器定时来调整电机的转速，通过键盘的按钮，就可以改变定时初值从而改变了电机的转速，P0口接LED数码管，可以显示当前的电机转速和按钮状态，具体结构见3.2框图

3.2 总框图

图3-1

第4章程序设计

4.1 主程序

进入主程序显示初始化状态，主程序由键盘程序、显示程序、步进电机驱动程序三部分组成，主程序首先初始化各变量，步进电机驱动的各引脚均输出高电平，然后调用键盘程序，并作判断，有键按下，则调用键盘程序，

图4-1