基于单片机的步进电机控制系统

电气与电子信息学院电气应用系统设计

基于单片机系统的步进电机驱动

摘要：本文介绍了基于80C52单片机的步进电机控制系统的设计。分别概括

的介绍了单片机和步进电机以及步进电机的各种驱动方案；对一款四相步进电机

以及80C52单片机的功能参数和一种驱动方式的特点，以及选择其原因进行了必

要的说明；对基于80C52单片机的步进电机控制系统的原理进行了介绍；根据80C52单片机和步进电机的原理以及特点和参数选择了其他元器件，结合驱动芯片

ULN2003A，建立了相应的电路图；进行了必要的电路分析说明，并将这个电路图

制作成型，使其工作，实现加速，减速，正转，反转等功能。

关键词：步进电机；AT89C52单片机；ULN2003A驱动。

Abstract:This paper introduces the design of the stepper motor control

system based on 80C52 MCU. Respectively generalize the MCU and step into motor and step into the motor drive scheme; a four phase stepper motor and 80C52 microcontroller function parameters and a drive mode characteristics, and choice of the reasons for the necessary explanation; the 80C52 microcontroller based stepper motor control system principle are introduced; based on 80C52 microcontroller and step into motor principle and characteristics and parameters select other components, the combination of the driving chip uln2003a, establish the corresponding circuit diagram; the necessary circuit analysis and the circuit diagram of the forming, the work, the function of acceleration and deceleration.

Keywords:AT89C52 MCU; ULN2003A driver.

目录

1 前言 (1)

1.1课题的背景 (1)

1.2 发展概况 (1)

1.3 课题主要内容 (1)

2 步进电机的基本原理与参数、分类和选择 (2)

2.1 步进电机的基本原理与参数 (2)

2.2 步进电机的特点 (2)

2.3步进电机分类 (3)

2.4四相混合式步进电机的工作原理及工作方式 (3)

2.5步进电机具体型号的选择 (4)

3 步进电机驱动系统及驱动接口选择 (4)

3.1集成功率驱动接口及驱动芯片的选择 (5)

4 驱动系统硬件组成及具体驱动方案分析 (7)

4.1 关于80C52单片机的介绍 (7)

4.2驱动系统总体结构 (9)

4.3驱动系统的驱动原理 (9)

4.3.1步进电机的控制信号 (10)

4.3.2控制信号功率的放大 (10)

4.3.3单片机控制信号的输出 (11)

5 电路板焊接部分 (12)

5.1 电烙铁的选择 (12)

5.2 焊锡的选用 (12)

5.3 焊剂的选用 (12)

5.4 焊接前的准备工作 (12)

5.5 焊接方法 (12)

6 结论 (14)

参考文献 (15)

附录1 (16)

附录2 (21)

1 前言

1.1课题的背景

步进电机是现代数字控制技术中最早出现的执行部件，其特点是可以将数字

脉冲控制信号直接转换为一定数值的机械角位移，并且能够自动产生定位转矩使

转轴锁定。如果在机械结构中再配以滚珠丝杠，那步进电机的高精度转角就可以

转换为高精度直线位移，这在以精度为要求的现代机械控制中是极其重要的一点。

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，在各个经济

领域都有应用。步进电机作为一种控制用的特种电机，其优点是结构简单、运行

可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积

累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。研究步进电机的控制方法，对提高

控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。为此，本文设计了一段步进

电机驱动程序，可以实现对步进电机转动速度等级的调节，并用数码管显示。

1.2 发展概况

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流

电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方

可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许

多专业知识。

目前，生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。

这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。鉴于上述情况，本文决定以四相混

合式步进电机为例叙述其基本工作原理及设计简单的驱动程序。望能对广大用户

在选型使用时有所帮助。

1.3 课题主要内容

本课题将分析步进电机的工作原理，并简单介绍其各种驱动方式。使用单片

机以软件方式配合有关芯片和电路元件驱动步进电机，通过C语言编程方法，对

步进电机的转速与方向进行控制，使其在一定范围下运行。在Keil中编程并调试，Proteus中进行仿真，并很好地模拟出实验结果。

最后，烧写代码，在硬件上进行验证并调试，保证软件仿真与硬件的效果相同，满足课程设计的要求，达到设计的目的。