基于AT89S51单片机的步进电机控制系统设计
基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现
基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现一、本文概述本文旨在探讨基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现。
随着自动化技术的快速发展，步进电机在各种机械设备中得到了广泛应用，如打印机、机器人、数控机床等。
步进电机控制系统作为其核心组成部分，对于提高设备的运行精度和稳定性具有重要意义。
因此，本文将对基于单片机的步进电机控制系统的设计原理、硬件组成、软件编程等方面进行详细阐述，并通过实验验证系统的可行性和有效性。
本文将对步进电机的基本原理和控制方式进行介绍，为后续系统的设计奠定基础。
将详细介绍基于单片机的步进电机控制系统的硬件组成，包括单片机、步进电机驱动器、电源电路等关键部件的选型与连接。
在此基础上，本文将深入探讨步进电机控制系统的软件编程，包括控制算法的实现、驱动程序的编写等。
本文将通过实验验证基于单片机的步进电机控制系统的性能，分析其优缺点，并提出改进方案。
通过本文的研究，可以为步进电机控制系统的设计提供理论支持和实践指导，推动步进电机在自动化领域的应用发展。
本文的研究也为基于单片机的其他控制系统设计提供了有益的参考和借鉴。
二、步进电机及其工作原理步进电机是一种特殊的电机，其旋转角度与输入的脉冲数成正比，因此也被称为脉冲电机。
步进电机不同于传统的交流或直流电机，其不需要依靠外部电源进行连续供电，而是通过接收一系列离散的脉冲信号，以固定的步长进行旋转。
步进电机通常由定子和转子两部分组成。
定子是由多个电磁铁组成的环形结构，每个电磁铁对应一个特定的步进角度。
而转子则是一个永磁体，它在电磁铁的磁场作用下进行旋转。
当定子上的电磁铁按照特定的顺序和时序进行通电和断电时，转子就会按照固定的步长进行旋转。
步进电机的工作原理可以简单概括为“磁阻最小原理”。
当定子上的电磁铁通电时，会在其周围产生磁场，转子上的永磁体在磁场的作用下会受到力矩的作用，从而发生旋转。
当转子旋转到某个位置时，其上的永磁体与定子上的电磁铁之间的磁阻达到最小，此时转子就稳定在该位置。
基于单片机的步进电机控制系统的设计
Design of Stepper Motor Control System Based on
Microcontrollor
作者： 洪新华 陈建锋 霍鹏飞
作者机构： 河南科技学院机电学院,河南新乡430003
出版物刊名： 湛江师范学院学报
页码： 84-87页
年卷期： 2010年 第6期
主题词： 步进电机 单片机 单片机最小系统 子程序
摘要：采用AT89S51单片机,设计了步进电机控制系统,该系统主要由按键电路、单片机最小系统、AT89S51单片机、步进电机状态显示电路、驱动电路以及步进电机等几部分组成,不仅可以实现电机的正反转,还可以实现17级调速,以及LED状态显示功能.系统设计可靠且易于实现,程序设计简单易懂.。
毕业设计论文 基于单片机的步进电机控制器的设计 (2)
第1章绪论 (2)1.1引言 (2)1.2步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 (4)1.2.1常见的步进电机控制方案 (4)1.2.2步进电机驱动技术 (6)1.3本文研究的内容 (8)第2章步进电机概述 (9)2.1步进电机的分类 (9)2.2步进电机的工作原理 (10)2.2.1结构及基本原理 (10)2.2.2两相电机的步进顺序 (10)2.3 步进电机的工作特点 (13)2.4本章小结 (15)第3章系统的硬件设计 (16)3.1系统设计方案 (16)3.1.1系统的方案简述与设计要求 (16)3.1.2系统的组成及其对应功能简述 (16)3.2单片机最小系统 (18)3.2.1AT89S51简介 (18)3.2.2单片机最小系统设计 (23)3.2.3单片机端口分配及功能 (24)3.3串口通信模块 (24)3.4数码管显示电路设计 (25)3.4.1共阳数码管简介 (25)3.4.2共阳数码管电路图 (26)3.5电机驱动模块设计 (27)3.5.1L298简介 (27)3.5.2电机驱动电路设计 (28)3.6驱动电流检测模块设计 (30)3.6.1OP07芯片简介 (30)3.6.2ADC0804芯片简介 (32)3.6.3电流检测模块电路图 (35)3.7独立按键电路设计 (36)3.8本章小结 (36)第4章系统的软件实现 (37)4.1系统软件主流程图 (37)4.2系统初始化流程图 (38)4.3按键子程序 (39)结论 (43)1第1章绪论1.1引言步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。
步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。
基于单片机的步进电机控制系统的设计
基于单片机的步进电机控制系统的设计
步进电机是一种特殊的电机，它的转动是以步进的形式进行的，每一次步进角度由控制电路发出的一个脉冲决定。
因此，基于单片
机的步进电机控制系统需要实现以下功能：
1. 产生脉冲信号：单片机需要通过定时器等模块产生相应的脉
冲信号，以控制步进电机的运动。
2. 识别旋转方向：步进电机需要能够前进和后退，因此单片机
需要实时检测步进电机的转动方向，并控制脉冲信号发生的顺序。
3. 控制转速：控制步进电机转速需要通过控制脉冲信号的频率
来实现，单片机需要动态地调整脉冲信号的频率，从而控制欲速度。
下面是实现步进电机控制的一种基本算法：
1. 设置电机控制端口，初始化各参数。
2. 等待步进电机稳定。
在控制电路上电时，如果步进电机没有
停在起始位置，需要先手动将步进电机转动到起始位置，然后等待
电机稳定。
3. 根据旋转方向和转速控制脉冲信号产生频率。
根据步进电机
的旋转方向，确定脉冲信号产生的顺序，然后通过定时器等模块产
生相应的脉冲信号，从而控制步进电机旋转。
4. 根据指令调整转速。
根据实际需求调整步进电机的转速，即
调整脉冲信号频率。
上述算法是一个最基本的控制算法，具体的实现还需要考虑步
进电机控制的精度、错误处理等方面的问题。
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LTDesign 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 (4)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 (7)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 (10)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 (13)3.4.3最终方案确定 (15)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 (19)4.4 显示电路 (20)4.5 位移越界报警电路 (21)4.6 状态指示灯显示电路 (22)第五章步进电机控制系统软件设计 (23)5.1主程序设计 (23)5.2 LCD显示程序设计 (25)5.3转速控制程序设计 (27)5.4程序设计 (28)5.5角度设定程序设计 (29)5.6位移设定程序设计 (31)第六章仿真结果与分析 (34)6.1整体硬件设计图 (34)6.2测试 (34)6.3误差分析 (39)第七章总结 (40)参考文献 (42)致谢 (45)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单片机的电机控制系统设计_课程设计报告
基于AT89C51单片机的电机控制系统设计前言我国步进电机的研究及制造起始于本世界50年代后期，从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。
我国在文化大革命中开始大量生产和应用步进电机，例如江苏、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生产，而且都在各行业使用，其中的驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。
中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。
70年代初期，步进电机的生产和研究都有所突破，除反映在驱动器设计方面的长足进步以外，对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高的水平。
70年代中期至80年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。
至80年代中期以来，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。
国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。
一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。
国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。
国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。
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，大部分的厂家只一、二十人，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。
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。
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。
51单片机步进电机控制系统设计
步进电机控制系统设计引言随着人民生活水平的提高，产品质量、性能、自动化程度等已经是人们选择产品的主要因素。
其中，步进电机正反转自动控制在生活中起了很大的作用，比如洗衣机的工作、遥控汽车的操作、DVD的应用等等，它在实际生活中给人们需求上提供了很大的方便与乐趣。
不只是生活，它还在工业、农业、交通运输等各方面得到了广泛的应用，实现电动机正反转的控制是很多产品设计的核心问题。
步进电机显示出交流电动机不能比拟的良好启动性能和调速性能，比较广泛应用于速度调节要求过高，正反转频繁或多元同步协调运转的机械生产。
因此，学会电动机正反转控制的原理是极其重要的。
然而，在本步进电机正反转仿真设计中，要借助Proteus软件、Keil软件和C语言的辅助进行仿真设计，通过仿真设计，让我们更清楚了解步进电机正反转的原理和电路图，增强对步进电机的认知。
在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。
这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。
这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。
在本设计中，Proteus软件采用了电容、电阻、晶振、电动机、LED、开关、电动机等多种元件进行绘图，并基于80C51和ULN2003A进行电路图设计，充分展示Proteus软件元件库量大，掌握它的基本绘图操作。
而对于Keil软件，采取创建工程，创建执行文件，利用C语言编写程序，生成hex文件，为Proteus 仿真提供驱动控制，实现步进电机正反转的设计。
在本论文设计中，主要介绍步进电机正反转原理，Proteus软件功能绘图、仿真调试，以及Keil软件功能、程序编写和仿真程序文件生成。
让大家更清楚了解Proteus软件、Keil软件、C语言在步进电机正反转仿真设计的应用。
毕业设计：基于AT89C51的步进电机控制(2)
基于AT89C51的步进电机控制摘要本设计采用ATMEL系列的单片机对步进电机进行控制，实现以下功能：开机后，电机不转，按下启动键，电机旋转；按下正转键，电机正转；按下反转键，电机反转。
实现这一功能，系统的硬件部分应由四模块构成：输入模块、单片机控制模块、步进电机驱动模块、步进电机模块。
通过键盘输入，单片机编程控制，输出信号给步进电机驱动电路ULN2003A，最后由ULN2003A驱动步进电机按规定的方向运转。
用单片机控制步进电机，可以简化硬件电路，可同时实现各种功能，如步进电机的加减速，步进电机正反转等，当功能要求改变时，只需改变程序，而硬件电路不变，实现功能的方式简单便捷。
关键词：单片机；步进电机The Control Of Stepping Motor Based On AT89C51AbstractStepping motor is controlled by the microcontroller , a sort of ATMEL series ,in the design. The function can be realized as follows：When the start button is pressed, motor begins to run；When the foreward button is pressed，motor begins to run in the positive direction；When the reversional button is pressed，motor begins to run in the opposite direction. To realize the features described above，the circuits should consist of four modules：input circuit，microcontroller，drive circuit of stepping motor and stepping motor. After the input of keyboard and programming of microcontroller，stepping motor is driven in the direction set by ULN2003A circuit which accepts output signal.The control of stepping motor by :microcontroller can simplify the circuit and can realize many functions，e.g. it can change the operation mode of stepping motor and speed，and so on. When the function need to be changed，the same circuit can be used and the only thing that you should do is to modify program . So it is convenient to use microcontroller to realize the control of motor .Keyword :microcontroller ；stepping motor目录第1章. 绪论.................................................................................................................... - 1 -1.1. 单片机的特点............................................................................................... - 1 -1.2. 单片机的发展趋势....................................................................................... - 1 -1.3. 单片机的任务............................................................................................... - 2 -第2章. 系统设计............................................................................................................ - 4 -2.1. 设计要求....................................................................................................... - 4 -2.2. 设计构思....................................................................................................... - 4 -2.3. 设计元件的选型........................................................................................... - 5 -第3章. 系统核心元件的介绍........................................................................................ - 6 -3.1. 单片机简介................................................................................................... - 6 -3.1.1. 单片机的基本组成............................................................................ - 6 -3.1.2. 单片机的特点.................................................................................... - 8 -3.1.3. 单片机的应用.................................................................................... - 8 -3.2. AT89C51的简介............................................................................................ - 9 -3.2.1. AT89C51的结构................................................................................. - 9 -3.2.2. AT89C51的引脚介绍....................................................................... - 10 -第4章. 系统的硬件设计.............................................................................................. - 12 -4.1. 输入电路的设计......................................................................................... - 12 -4.1.1. 键盘输入.......................................................................................... - 12 -4.1.2. 键盘接口的工作原理...................................................................... - 12 -4.2. AT89C51设计电路...................................................................................... - 13 -4.2.1. 时钟电路.......................................................................................... - 13 -4.2.2. 复位电路.......................................................................................... - 14 -4.3. 步进电机驱动电路..................................................................................... - 16 -4.4. 步进电机..................................................................................................... - 17 -4.4.1. 步进电机原理.................................................................................. - 17 -4.4.2. 步进电机励磁控制.......................................................................... - 17 -4.5. 系统的总体硬件电路................................................................................. - 19 -第5章. 系统的软件设计.............................................................................................. - 21 -5.1. 系统的程序分析......................................................................................... - 21 -5.2. 软件流程图................................................................................................. - 21 -5.2.1. 键盘程序的设计.............................................................................. - 22 -5.2.2. 步进电机驱动程序.......................................................................... - 22 -第6章. 电路的仿真...................................................................................................... - 26 -6.1. 仿真的介绍................................................................................................. - 26 -6.2. 仿真的过程................................................................................................. - 26 -结束与展望..................................................................................................................... - 28 -参考文献......................................................................................................................... - 29 -致谢................................................................................................................................. - 30 -附录1：译文原文.............................................................................. 错误！未定义书签。
单片机AT89c51控制步进电动机设计.
第一章前言1.1步进电机简介步进电机最早是在1920年由英国人所开发。
1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。
以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。
在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。
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。
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。
步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。
一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。
步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。
在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。
因此非常适合于单片机控制。
步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。
步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
第二章步进电机工作原理及系统方案论证2.1步进电机工作原理2．1．1步进电机结构电机转子均匀分布着40个小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定子和转子的展开图：图2.12．1．2 步进电机的旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。
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摘要步进电机是将等大多数场合。
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ABSTRACTStepper motor is the electrical pulse signal into an open loop control of angular displacement or line displacement components, it can be in accordance with the requirements of the control pulse, rapid starting,braking, reverse and speed control. Stepper motor can be driven directly from a digital signal, very convenient to use. Therefore, the stepper motor in the automatic control system, especially, has been widely used in theopen-loop control system.In this paper, based on the chip microcomputer AT89S51 and pulse distributor as the core design of stepper motor control system, through the design of software and hardware debugging, to achieve the stepper motoracceleration and deceleration control can automatically according to the set of parameters,which makes the control system in the shortest time to reach the end point control, step out of the phenomenon does not occurat the same time it can control and; stepper motor accurately, start and stop. The hardware control circuit,AT89S51 microcontroller as the core mainly includes: the ring pulse distributor, the keyboard and displaycircuit, driving circuit of stepping motor. The software is programmed by C language, including the keyboard display program, control program, stepping motor stop judging program etc..The system uses modular design, simple structure, reliable, interface for human-computer interaction through the realization of the functions, simple operation, easy to master. The system can be applied to the stepper motor control in mechatronics most occasions.Practice has proved that, the performance of single chip stepper motor control than the traditional step based on the controller has better, more simple, convenient, and reliable. The main research object of this design is the most commonly used device loop servo system -- the stepper motor.【Key words】Stepper motor SCM Positive inversion control目录前言...................................................................................................................................................... - 5 -第一章步进电机概述 (6)第一节步进电机简介 (6)第二节步进电机的研究意义 (7)第三节步进电机在我国的发展及前景 (7)第四节本章小结 (8)第二章步进电机控制系统设计方案 (9)第一节设计要求分析 (9)一、通电方式选择 (9)二、续流电路 (13)三、步进电机的变速控制 (15)第二节主要元件的选择 (17)一、单片机的选择 (17)二、EPROM的选择 (18)三、可逆计数器的选择 (19)第三节控制系统组成 (20)第四节本章小结 (20)第三章控制系统硬件设计 (21)第一节硬件系统设计原则 (21)第二节系统各模块设计 (22)一、环形脉冲分配器设计 (22)二、步进电机驱动电路设计 (23)三、显示电路设计 (24)四、外部复位电路设计 (25)第三节本章小结 (26)第四章控制系统软件设计 (27)第一节步进电机控制系统功能分析 (27)第二节主程序设计 (28)一、主程序工作过程 (28)二、主程序工作流程图 (28)三、定时器T0中断程序流程图 (28)第三节调速程序设计 (31)一、 20BY步进电机参数 (31)二、步进电机转速与频率的关系 (31)第四节键盘程序设计 (32)第五节显示程序设计 (33)第五章 Proteus仿真 (35)结束语 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录 (40)附录A 系统程序（C） (40)附录B 20BY步进电机转速与定时器定时常数关系表 (50)附录C 控制系统电路图 (52)前言单片机是现代电子技术、计算机技术的新兴领域，以单片机为代表的嵌入式系统的出现标志着现代电子系统时代的到来。
单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。
各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“智能型”，如智能型洗衣机等。
而AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位微控制器,可在4K字节的系统内编程的闪存存储器。
通过结合通用8位中央处理器的系统内可编程闪存的单芯片，AT89S51是一个功能强大的微控制器提供了高度灵活的和具有成本效益的解决办法，可在许多嵌入式控制中应用。
该设备是采用Atmel的高密度、非易失性存储器技术和符合工业标准的80C51指令集和引脚。
芯片上的Flash程序存储器在系统中可重新编程或常规非易失性内存编程。
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。
本次毕业设计通过软件和硬件的结合实现步进电机的启停、正转、反转、加速、减速功能。
主要通过三大块来设计，包括驱动电路的设计、状态显示部分和按键部分的设计。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而精确地控制转动角度；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的角度和加速度，从而达到调速的目的。
第一章步进电机概述第一节步进电机简介步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的尝试，高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
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。
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步进电机件。
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，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。
步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。
三相步进电机的步进角度为7.5度，一圈360度，需要48个脉冲完成。
步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。
改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。
因此非常适合于单片机控制。
步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。
步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
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。
第二节步进电机的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。