单片机课程设计单片机控制步进电机单片机课程设计：单片机控制步进电机
单片机（Microcontroller）是一种集成了中央处理器、存储器和输入/输出接口的微型计算机。而步进电机（Stepper Motor）是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的电磁设备。在单片机课程设计中，控制步进电机是一项常见的任务。本文将介绍如何使用单片机来控制步进电机，并展示一个基于单片机的课程设计实例。
一、步进电机的原理及特点
步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械位移的设备，其主要特点包括精密定位、易控制、低成本、没有超额负荷等。步进电机通常由定子和转子组成，定子上的绕组通电产生磁场，而通过改变绕组通电的顺序和时序，可以实现步进电机的运动控制。
二、单片机控制步进电机的原理
为了实现对步进电机的控制，我们需要使用单片机来产生相应的控制信号。步进电机通常由一个驱动器和若干相继续组成。单片机通过发出适当的信号给驱动器，进而控制电机的运动。具体而言，单片机需要控制步进电机的相序、步数和速度。
1. 步进电机的相序控制
步进电机的相序控制是通过依次激活不同相继的绕组，实现转子的转动。单片机通过输出对应的高低电平信号给驱动器，从而控制绕组的激活顺序。常见的步进电机驱动方式包括全步进和半步进。
2. 步进电机的步数控制
步进电机的步数控制是通过控制单片机输出的脉冲数，来实现电机的旋转角度。根据电机的分辨率和精度需求，我们可以设定单片机输出的脉冲数，从而控制电机的步进角度。
3. 步进电机的速度控制
步进电机的速度控制是通过调节单片机输出脉冲信号的频率来实现的。频率越高，电机转动的速度越快；频率越低，则电机转动的速度越慢。单片机可以通过定时器等方式产生相应的脉冲频率来控制步进电机的转速。
三、基于单片机的步进电机控制课程设计实例
下面将展示一个基于单片机的步进电机控制课程设计实例，该设计基于C语言编程，使用Keil软件进行开发。
设计要求：
设计一个步进电机控制系统，使步进电机以设定的转速顺时针旋转一定圈数，并能逆时针旋转一定圈数。
设计步骤：
1. 硬件连接：将单片机与驱动器、步进电机进行正确的连接。
2. 初始化：对单片机及相关寄存器和端口进行初始化设置。
3. 步进电机设置：设置步进电机的相序、步数和速度参数。
4. 顺时针旋转：发出对应的高低电平信号给驱动器，控制步进电机顺时针旋转设定圈数。
5. 延时：根据设定的速度参数，设置适当的延时等待，控制步进电机的转速。
6. 逆时针旋转：发出对应的高低电平信号给驱动器，控制步进电机逆时针旋转设定圈数。
7. 结束：完成步进电机的旋转控制后，进行适当的清理工作，结束程序运行。
本课程设计旨在通过实际操控步进电机，学习和掌握单片机的相关知识和技能。通过设计和实现步进电机的控制系统，学生不仅可以加深对步进电机和单片机的理解，还能培养动手能力和解决问题的思维方式。
结语：
通过单片机控制步进电机的课程设计，学生可以了解和掌握单片机的相关原理和应用，同时培养动手实践能力和解决问题的能力。步进电机作为一种常用的电机设备，广泛应用于各个领域，掌握步进电机的控制方法对于电子信息专业学生尤为重要。希望本文对读者在单片机课程设计方面提供一些参考和指导。
单片机课程设计 题目:步进电机的正反向设计。 系:电气与电子工程系 专业: 名称: 学生编号 讲师:
设计目的 1.增强对单片机的感性认识，加深对单片机理论的理解； 2.掌握单片机的一些功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片外存储器、I/O口、A/D、D/A、串口通信等。 3.了解和掌握单片机应用系统软硬件的设计过程、方法和实现； 4.了解步进电机控制的基本原理，实现电机的正反转驱动控制，掌握控制步进电机旋转的编程方法。 二。设计要求 1、具有速度和转向设定功能； 2.将启动和停止按钮设置为与正反转相关联； 3.转速由带旋转方向的数码管显示(本设计采用LCD12864)。 三。总设计 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的数字控制执行机构。它把电脉冲 信号转换成角位移，即当给定一个脉冲信号时，步进电机就会转动一个角度， 所以非常适合单片机控制。 步进电机具有控制简单、定位准确的特点。随着科学技术的发展，它将在 许多领域得到广泛应用。针对传统脉冲系统便携性差的问题，提出了一种用微 机控制系统代替脉冲发生器和脉冲分配器，通过软件产生控制脉冲。通过软件 编程，可以任意设定步进电机的速度、旋转角度、旋转次数和运行状态。简化 控制电路，降低生产成本，提高系统的运行效率和灵活性。 步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比。因此，当它旋转一次时，没有累积误差，具有良好的跟随性。由步进电机和驱动电路组成的开环数控系统非常简单、廉价、可靠。同时还可以形成高性能的闭环数控系统，具有角度反馈功能。步进电机动态响应快，启停容易，正反转，速度可变。速度可以在相当宽的范围内平滑调节，低速时仍能保证高扭矩。步进电机只能用脉冲电源运行，不能直接用交流电源和DC电源。步进电机有振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。步进电机本身噪声大，振动大，带惯性负载能力差。 步进电机是自动控制系统中常用的执行元件。步进电机的输入信号是脉冲电流，脉冲电流可以将输入的脉冲信号转换成步进角位移或线位移，所以步进电机可 以看作是一个串行的数模转换器。由于步进电机可以不经D/A转换直接接收数字信号，所以用微机控制步进电机非常方便。 步进电机有以下优点: (1)通常情况下，无需反馈即可控制位置和速度； (2)位置误差不会累积； (3)兼容阵列器件，可以直接接收数字信号； (4)能快速启动和停止。 步进电机的种类和规格很多。根据它们的结构和工作原理，可以分为四种
单片机课程设计步 进电机
江南大学 物联网工程学院 课程设计报告 课程名称：单片机原理及应用 设计题目：基于单片机的步进电机控制器设计 班级： 姓名：学号： 指导教师：评分： 年月日 基于单片机的步进电机控制器设计
摘要：本设计是用80C52单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生，用单片机技术和C语言编程设计来进行步进电机的控制。经过人手动按开关实现步进电机的启动与停止、步进电机的正转反转，加速及减速等功能，另外还有LCD数码管进行实时显示功能。同时本文也经过了proteus软件的仿真，在仿真结果中能看出近似真实的效果。经过proteus仿真，结果表明，系统实现了要求。该系统电路简单，可靠性强，运行稳定。 关键词：步进电机单片机 LCD proteus仿真
图1 系统设计示意图 4硬件设计 4.1步进电机介绍 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。能够经过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时能够经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。 图2 异步电机连线示意图 一般电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动
用单片机控制步进电机 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,通俗地说：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（及步进角）。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;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。 一、步进电机常识 常见的步进电机分三种：永磁式（PM）,反应式（VR）和混合式（HB）,永磁式步进一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度;反应式步进一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰;混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 二、永磁式步进电机的控制 下面以电子爱好者业余制作中常用的永磁式步进电机为例,来介绍如何用单片机控制步进电机。 图1是35BY型永磁步进电机的外形图,图2是该电机的接线图,从图中可以看出,电机共有四组线圈,四组线圈的一个端点连在一起引出,这样一共有5根引出线。要使用步进电机转动,只要轮流给各引出端通电即可。将COM端标识为C,只要AC、C、BC、C,轮流加电就能驱动步进电机运转,加电的方式可以有多种,如果将COM端接正电源,那么只要用开关元件（如三极管）,将A、、B、轮流接地。 下表列出了该电机的一些典型参数： 表135BY48S03型步机电机参数 型号步距角相数电压电流电阻最大静转距定位转距转动惯量 35BY48S03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5 有了这些参数,不难设计出控制电路,因其工作电压为12V,最大电流为0.26A,因此用一块开路输出达林顿驱动器（ULN2003）来作为驱动,通过P1.4~P1.7来控制各线圈的接通与切断,电路如图3所示。开机时,P1.4~P1.7均为高电平,依次将P1.4~P1.7切换为低电平即可驱动步进电机运行,注意在切换之前将前一个输出引脚变为高电平。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间,而要改变电机的转动方向,只要改变各线圈接通的顺序。
单片机课程设计单片机控制步进电机单片机课程设计：单片机控制步进电机 单片机（Microcontroller）是一种集成了中央处理器、存储器和输入/输出接口的微型计算机。而步进电机（Stepper Motor）是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的电磁设备。在单片机课程设计中，控制步进电机是一项常见的任务。本文将介绍如何使用单片机来控制步进电机，并展示一个基于单片机的课程设计实例。 一、步进电机的原理及特点 步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械位移的设备，其主要特点包括精密定位、易控制、低成本、没有超额负荷等。步进电机通常由定子和转子组成，定子上的绕组通电产生磁场，而通过改变绕组通电的顺序和时序，可以实现步进电机的运动控制。 二、单片机控制步进电机的原理 为了实现对步进电机的控制，我们需要使用单片机来产生相应的控制信号。步进电机通常由一个驱动器和若干相继续组成。单片机通过发出适当的信号给驱动器，进而控制电机的运动。具体而言，单片机需要控制步进电机的相序、步数和速度。 1. 步进电机的相序控制
步进电机的相序控制是通过依次激活不同相继的绕组，实现转子的转动。单片机通过输出对应的高低电平信号给驱动器，从而控制绕组的激活顺序。常见的步进电机驱动方式包括全步进和半步进。 2. 步进电机的步数控制 步进电机的步数控制是通过控制单片机输出的脉冲数，来实现电机的旋转角度。根据电机的分辨率和精度需求，我们可以设定单片机输出的脉冲数，从而控制电机的步进角度。 3. 步进电机的速度控制 步进电机的速度控制是通过调节单片机输出脉冲信号的频率来实现的。频率越高，电机转动的速度越快；频率越低，则电机转动的速度越慢。单片机可以通过定时器等方式产生相应的脉冲频率来控制步进电机的转速。 三、基于单片机的步进电机控制课程设计实例 下面将展示一个基于单片机的步进电机控制课程设计实例，该设计基于C语言编程，使用Keil软件进行开发。 设计要求： 设计一个步进电机控制系统，使步进电机以设定的转速顺时针旋转一定圈数，并能逆时针旋转一定圈数。 设计步骤： 1. 硬件连接：将单片机与驱动器、步进电机进行正确的连接。
基于单片机的步进电机控制系统设计 课题：步进电机的控制 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机101-4 姓名 组长： 学号： 同组人： 指导老师：姜风国
课程设计题目：步进电机控制 任务要求： 1 完成单片机与功率驱动电路及小功率步进电机的连接。 2 控制步进电机的转动方向、转动速度及转过指定的角度。 3 通过按键改变电机的转向、转速等参数。 任务分配：编写程序 绘制电气原理图 调试程序 对电气原理进行仿真 选择各元器件及查询资料 目录 1步进电机原理及硬件和软件设计 (3) 1.1步进电机原理及控制技术 (3) 1.2总体设计方框图 (7) 1.3设计原理分析 (7) 1.3.1元器件介绍 (7) 1.3.2方案论证 (10)
1.3.3硬件设计 (11) 1.3.4软件设计 (17) 1.3.5源程序 (22) 2.总结 (28) 3.结束语 (28) 4.参考文献 (29) 前言 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品
单片机课程设计——步进电机的控制 学院： 姓名： 班级： 学号：
一、实验任务 1.从键盘上输入正、反转命令，转速参数（16级）和转动步数显示在LED显示器上。 显示器上显示：第一位为0表示正转，为1表示反转； 第二位0~F为转速等级； 第三到第六位设定步数。 2.单片机显示器上显示的正、反转命令，转速级数和转动步数进行相应动作，转动步数减为零时停止转动。 二、基本原理 1.步进电机基本原理 如图,当有一相绕组被通电激励时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短路径流向负相齿，为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转子被迫移动，使最近的一对齿与被激励的一相对准。 那么,通过对它每相线圈中电流的顺序切换可使电机作步进式旋转。 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。 拍数：指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB或A-B-C-D-A,四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角:对应一个脉冲信号电机转子转过的角位移。 步距角=360/(转子齿数*拍数) 系统中使用20BY-0型号步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度，电机线圈由A、B、C、D四相组成。 步进电机驱动原理是通过对它每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转，驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 BA、BB、BC、BD即为脉冲信号输入插孔，驱动器输出A、B、C、D接步进电机。
步进电机原理接线图如图所示： 步进电机模块插头接实验系统J3插座，（顺接） 把P1.0~P1.3分别接到BA~BD插孔。 2.数码管显示和键盘 （1）数码管显示字形 LED显示器是由发光二极管构成的字段组成的显示器。
单片机课程设计-步进电机
江南大学 物联网工程学院 课程设计报告 课程名称：单片机原理及应用 设计题目：基于单片机的步进电机控制器设计班级： 姓名：学号： 指导教师：评分： 年月日
基于单片机的步进电机控制器设计 摘要：本设计是用80C52单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生，用单片机技术和C 语言编程设计来进行步进电机的控制。通过人手动按开关实现步进电机的启动与停止、步进电机的正转反转，加速及减速等功能，此外还有LCD 数码管进行实时显示功能。同时本文也通过了proteus软件的仿真，在仿真结果中能看出近似真实的效果。经过proteus仿真，结果表明，系统实现了要求。该系统电路简单，可靠性强，运行稳定。 关键词：步进电机单片机LCD proteus 仿真 1课题主要研究内容和要求 本设计采用单片机80C52来作为整个步进电机控制系统的运动控制核心部件。所选的步进电机是四相五线的，由于步进电机需要高功率驱动，单片机不能与步进电机直接相连，因此我们需要采用了电机驱动芯片ULN2003连接步进电机和单片机。为了显示步进电机转速，我用数码管来显示速率。再加上一些独立按键来实现步进电机调速、改变转向的功能。这样就构成了一个
基本的步进电机控制系统。系统的具体功能和要 求如下： 1、电机转速可以平稳控制； 2、通过键盘和显示器可以设置电机的转速； 3、能显示电机的运动趋势； 2所需仪器设备 所需器件备注所需器件备注 STC89C52 一片12M晶振一个单片机 ULN2003驱 一片按键五个动芯片 八位共阳数 一片异步电机一个 码管芯片 不同阻值电 若干+5V电源一个阻 30pF电容两个 3系统总体设计 本设计的硬件电路包括独立按键控制模块、 步进电机驱动模块、数码管显示模块和单片机最 小系统四部分。单片机最小系统由时钟电路和复 位电路组成，保证单片机正常运行；独立按键控 制模块由开关和按键组成，当按下按键时，该系
目录 第一章课程设计的目的和要求 (1) 1.1 课程设计目的和要求 (1) 1.2 课程设计预备知识 (1) 1.3课程设计的任务 (1) 第二章总体设计 (3) 第三章硬件设计 (3) 第四章软件设计 (7) 第五章系统调试 (8) 第六章课程设计心得 (8) 参考文献
第一章课程设计的目的和要求 1.1 课程设计目的和要求 目的：《单片机应用基础》课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，使之具有独立单片机产品和科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。 课程设计的要求: 1. 具有对步进电机的启停,正反转控制,加速减速控制。 2．通过停止键正转键，反转键，加速键，减速键实现对步进电机的控制。 3. 实现对步进电机的正反转的切换，在一定范围内可以进行加减速调节。 4.在不切断电源的情况下可以暂停，此后仍可进行正反转控制。 5.通过LED灯显示正反转状态。 1.2 课程设计预备知识 1.复习了解C语言程序设计； 2.复习和了解汇编语言； 3.熟练使用proteus软件； 4.熟练使用wave6000软件； 5．学习使用keil的使用； 6..复习单片机相关知识； 1.3课程设计的任务 根据给定的任务要求选择合适的单片机和其他电子元器件，进行系统硬件电路设计和软件编程，根据系统制作并调试系统电路板，使之实现任务要求。有关参数选择要求符合国家标准。具体设计内容如下： 1. 设计系统工作原理图，利用PROTEUS软件绘制系统工作原理图； 2. 系统控制程序设计、调试及实现： （1）根据要求，写出完整的程序流程图； （2）将设计程序输入、汇编，排除语法错误，生成*.OBJ文件； （3）按所设计的原理图，在实验平台上连线，检查无误；
第一篇：单片机步进电机控制系统设计论文 1单片机的步进电机控制系统硬件设计 1.1LED和键盘设计 为了能够实现人与机器的对话，单片机的步进电机控制系统设计了3*4键盘以及4*8LED数码管，人们可以直接对其进行控制。该系统通电后，通过键盘输入控制步进机的运转、启动以及转动方向等，由LED 管动态清晰显示步进机的转向以及转速。器件8279能够控制系统键盘的输入以及LED的输出，进而减少单片机工作的承载，8279在控制系统工作的过程中，将键盘输入的信息进行扫描，利用其抖功能，避免事故的发生。（下图为LED和键盘模块） 1.2放大和驱动设计 逻辑转换器是步进机控制过程中的脉冲分配器，其是CMOS集成电路，其输出的源电流为20毫安，能够应用于三相以及四相步进机，其工作可以选择以下6种激进方式进行控制；其中，对于三相步进电机有1、2、1-2相；对于四相步进电机有1、2、1-2相，其输入的方式有单、双时钟选择方式，其具有正向控制、方向控制、监视原点、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激励方式判断、控制以及时钟设置等部分组成，所有的输入端都设置有秘制的电路，进而提高抗外界干扰的能力。PMM8713输出能够接受功率驱动电路，其通过驱图1LED和键盘模块动器，输出最大的工作电流，以满足电机工作的需求。单片机通过调节相关端口的脉冲信号，控制步进机的运行状态、运转方向以及运转速度等。 2单片机的步进电机控制系统软件设计 2.1单片机程序设计 通过中断脉冲信号，计算步进电机的运转步数以及圈数，并对其进行记录；实现对步进电机运转速速的控制；采用端口的中断程序关闭其相关程序，将电机控制在停机状态；通过中断电机的开启部位，将其转换到运行状态，实现电机的运行；PMM8713的U和D端口通过输出高电平，达到控制步进电机运转方向的目的；8279将其接口与自身的8个数据连接口进行连接，当单片机运行到键盘部位时，采用相关端口中断其工作状态，进而达到控制步进机的启动、停止、速度以及方向等，并将其反馈给8279，利用LED将其显示，明确其运转的速度以及方向。 2.2PC上位机设计 设计PC上位机的主要目的就是控制步进电机，利用单片机中相关部位，实现人与机的对话，其利用单片机发出执行命令，实现对步进电机的有效控制。其中，单片机接受的执行命令会存储在相关软件中，其与储存在片内的Flash的相关地址进行比较，不冲突的信息就储存在其中，如与其中储存的信息发生冲突，就会自动中断，有效的保护电机的正常运行。同时，此软件在运行的过程中，应该对晶振中的USART模块进行设置，其相关的控制软件由VB6.0对其进行编写，采用MSComm软件实现实时通讯。 3结语 电机控制系统利用单片机实现控制整个机器的工作，其使用的可靠性较高。在其工作的状态下，为其
基于单片机的步进电机控制的设计 本文主要介绍了基于单片机的步进电机控制的设计，包括步进电机控制的基本原理、 单片机控制步进电机的具体实现方法、实验结果以及未来展望等方面。 一、步进电机控制的基本原理 步进电机是一种控制精度高、响应速度快、运动平稳、噪音低的电机，广泛应用于数 控机床、自动化设备、印刷机、纺织机等领域。 步进电机的控制原理是通过向电机提供不同的脉冲序列控制电机转动的步距角度，实 现电机旋转、逆旋转、定位等操作。其中，步距角度是指电机每次接收到一组脉冲信号后 转动的角度，它与电机的结构参数、电气参数等有关。 单片机控制步进电机可以采用两种方式，一种是直接控制步进电机，另一种是通过驱 动芯片来控制步进电机。下面介绍两种实现方法的具体步骤。 （一）直接控制步进电机 步骤一：确定步进电机的电气参数，并根据电气参数确定所需的驱动电压和电流。 步骤二：连接步进电机到单片机的相应IO口，控制步进电机正、反转和步距角度。 步骤三：编写控制程序，实现步进电机的控制。步进电机的控制程序主要包括以下几 个方面： 1.设定步进电机工作方式（正转、反转、定位等）。 2.设定步进电机步距角度，根据步距角度确定脉冲信号频率。 3.输出控制信号，使步进电机按设定的方式转动。 步骤二：设计电路板，将驱动芯片和步进电机连接起来。 步骤三：编写控制程序，通过单片机向驱动芯片发出脉冲信号，控制步进电机的转动。具体控制程序的编写与直接控制步进电机的实现方法类似，主要是控制脉冲信号的频率和 方向。 三、实验结果 我们在实验室里搭建了一个步进电机控制系统，采用的是第二种实现方法，即通过驱 动芯片来控制步进电机。
基于单片机的步进电机控制系统设计 引言： 步进电机是一种常用的电机类型，具有精准的位置控制、高效的能量 转换等特点。在许多自动化设备中广泛应用，如数控机床、3D打印机、 机器人等。本文将以基于单片机的步进电机控制系统设计为主题，介绍系 统的硬件设计、软件设计以及实验验证。 一、硬件设计 1.步进电机选型：根据实际应用需求，选择适当的步进电机。包括步 距角、转速范围、扭矩要求等等。 2.电源设计：步进电机需要驱动电压和电流，根据步进电机的额定电 压和电流选用适当的电源。 3.驱动电路设计：步进电机通常需要驱动电路来控制电流和脉冲序列。常见的驱动电路有全桥驱动器、半桥驱动器等。 4.信号发生器设计：步进电机通过脉冲信号来控制转动角度和速度， 因此需要信号发生器来产生合适的脉冲序列。常见的信号发生器有定时器、计数器等。 5.单片机接口设计：单片机作为步进电机控制系统的核心，需要与其 他硬件进行通信。因此需要设计合适的接口电路，将单片机的输出信号转 换为驱动电路和信号发生器所需的电压和电流。 二、软件设计 1.单片机程序框架设计：根据具体的单片机型号和开发环境，设计合 适的程序框架。包括初始化设置、主循环、中断处理等。
2.脉冲生成程序设计：根据步进电机的控制方式（如全步进、半步进、微步进等），设计脉冲生成程序。通过适当的延时和输出信号控制，产生 合适的脉冲序列。 3.运动控制程序设计：设计运动控制程序，实现步进电机的前进、后退、加速、减速等功能。根据具体需求，可以设计不同的运动控制算法， 如速度环控制、位置环控制等。 4.保护机制设计：为了保护步进电机和控制系统，设计合适的保护机制。如过流保护、过压保护、过载保护等。 三、实验验证 1.硬件连接：将步进电机、驱动电路和单片机按照设计进行连接。 2.软件调试：通过单片机编程，调试程序代码。确保脉冲生成、运动 控制等功能正常工作。 3.功能测试：对步进电机控制系统进行功能测试，包括正转、反转、 加速、减速等功能。通过观察步进电机的运动状态和测量相关参数来验证 系统设计的正确性和性能。 4.优化改进：根据实际测试结果进行系统的优化和改进。如调整脉冲 频率、优化运动控制算法等。 结论：
单片机实现步进电机控制系统设计的方法 导语：步进电机是数字控制电机，将脉冲信号转换成角位移，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，非超载状态下，根据上述线性关系，再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差，因此步进电机适用于单片机控制。单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，广泛应用于数控机床、机器人，定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。步进电机是数字控制电机，将脉冲信号转换成角位移，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，非超载状态下，根据上述线性关系，再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差，因此步进电机适用于单片机控制。步进电机通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。因此，单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。1系统设计原理步进电机控制系统主要由单片机、键盘LED、驱动／放大和PC上位机等4个模块组成，其中PC机模块是软件控制部分，该控制系统可实现的功能：1)通过键盘启动／暂停步进电机、设置步进电机的转速和改变步进电机的转向；2)通过LED管显示步进的转速和转向等工作状态；3)实现三相或四相步进电机的控制：4)通过PC上位机实现对步进电机的控制(启停、转速和转向等)。为保护单片机控制系统硬件电路，在单片机和步进电机之间增加过流保护电路。图l为步进电机控制系统框图。2系统硬件电路设计2．1单片机模块单片机模块主要由MSP430FG4618单片机及外围滤波、电源管理和晶振等电路组成。MSP430FG4618单片机内部的8KBRAM 和116KBFlash满足控制系统的存储要求，P1和P2端口在步进电机工作过程中根据按键状态判断是否跳入中断服务程序来改变步进电机的工作状态，USART模块实现单片机和PC 上位机之间的通信，实现PC机对步进电机控制。电源管理电路提供稳定的3．3V和5V电压，分别给单片机、晶振电路和驱动和功率放大电路供电。32kHz晶振给单片机、键盘／显示接口器件8279和脉冲分配器PMM8713提供时钟；当采用USART模块时需开启8MHz 晶振设置通信模块。图2为单片机模块结构框图。2．2键盘／LED模块为实现人机对话，该系统设计扩展了3x4按钮矩阵键盘和4片8段LED数码管，可手动直接操作该控制系统。系统上电后，通过键盘输入步进电机的启停、步数转速和转向等，由LED管动态显示步进电机的转速和转向。键盘的输入和LED管的输出由8279进行控制，减少单片机工作负担。8279编程工作在键盘扫描输入方式，读入键盘时具有去抖动功能，避免误触发。图3为键盘LED模块设计结构框图。2．3驱动／放大模块控制系统采用步进电机控制用的脉冲分配器(又称逻辑转换器)PMM8713，该器件是CMOS集成电路，相输出驱动能力(源电流或吸入电源)为20mA，适用于控制三相或四相步进电机，可选择下列6种激励方式：三相步进电进：1相，2相，1-2相；四相步进电进：1相，2相，1-2相。输入方式可选择单时钟(加方向信号)和双时钟(正转或反转时钟)两种方式，具有正反转控制、初始化复位、原点监视、激励方式监视和输入脉冲监视等功能。器件PMM8713由时钟选通、激励方式控制、激励方式判断和可逆环形计数器等部分构成，所有输入端内都设有施密特电路，可提高抗干扰能力。PMM8713输出需接功率驱动电路，选用功率驱动器PMM2101，最大输出电流为1．4A，满足驱动步进电机的要求。驱动／放大电路如图4所示。MSP430单片机通过调节PMM8713的端口1～4输入脉冲信号控制步进电机的启停、速度和转向等。3系统软件设计3．1单片机程序利用单片机的定时器TIMER_A(TA)中断产生脉冲信号，通过在响应的中断程序中实现步进电机步数和圈数的准确计数，通过PWM实现转速控制；利用P1．0端口的中断关闭
单片机控制步进电机设计方案 一、控制要求 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，通俗地说：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（及步进角）。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；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。 二、步进电机原理 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相 绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。 当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。 三、原理及接线图
AT89C52将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，用一块开路输出达林顿驱动器（ULN2003）来作为驱动，通过P1.4~P1.7 来控制各线圈的接通与切断，电路如图3 所示。开机时，P1.4~P1.7 均为高电平，依次将P1.4~P1.7 切换为低 电平即可驱动步进电机运行，注意在切换之前将前一个输出引脚变为高电平。如果要改变电 机的转动速度只要改变两次接通之间的时间，而要改变电机的转动方向，只要改变各线圈接通的顺序。 四、程序及控制说明 定义P3.0口对应按键的s1，P3.1对应按键s6，s1按下的时候，步进电机实现正转，当s6按下的时候，步进电机实现反转，ABCD四相转换的时间为70ms， 五、程序 六、设计及程序的改进方案 由于我们对汇编语言及C语言学习不完善，以及对DY580单片机了解的不够全面，使得我们不能实现对步进电机的完全驱动控制，原计划的转速调整及数码管工作状态显示功能没有在特时间内实现，感觉很遗憾。我们将在日后的学习和实践中完善自己的知识，弥补缺失。七、设计感想
单片机控制步进电机程序设计 1.引言 步进电机是一种常用的电机类型，其特点是精度高、稳定性好、速度可调。在很多自动控制系统中，步进电机被广泛应用于位置控制、定位、打印机等领域。本文将介绍如何使用单片机来控制步进电机，并给出一个简单的步进电机程序设计示例。 2.步进电机简介 步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机。其优点包括： -分辨率高：每个步进电机的旋转角度可以非常小，可实现较高的位置精度。 -可控制性强：通过控制电压脉冲的频率和顺序，可以精确控制步进电机的转动方向和步数。 -响应快速：步进电机的响应速度较快，可达数千转每分钟。 3.单片机选型与连接 在实现步进电机的控制过程中，我们选择了一款适用于步进电机控制的单片机。这款单片机具有以下特点： -高效的运算能力和大容量存储空间，适用于复杂的控制算法。 -可编程性强，支持多种开发环境，开发过程相对简便。 -丰富的外设接口，方便与步进电机的连接和控制。 连接单片机与步进电机的基本电路如下所示： 步进电机驱动引脚1--单片机引脚A 步进电机驱动引脚2--单片机引脚B 步进电机驱动引脚3--单片机引脚C
步进电机驱动引脚4--单片机引脚D 4.步进电机控制原理 步进电机控制原理基于对步进电机驱动引脚输入电压脉冲信号的控制。针对不同的步进电机类型，控制方式可以有所不同，常见的控制方式包括 全步进控制和半步进控制。 4.1全步进控制 全步进控制方式是将电流依次施加到步进电机的每个驱动相，使其按 照一定顺序正转或反转。控制步骤如下： 1.给引脚A和引脚B施加电压，使电机顺时针转动一个步距。 2.给引脚B和引脚C施加电压，使电机顺时针转动一个步距。 3.给引脚C和引脚D施加电压，使电机顺时针转动一个步距。 4.给引脚D和引脚A施加电压，使电机顺时针转动一个步距。 4.2半步进控制 半步进控制方式是在全步进控制的基础上，通过控制相邻两个相的电 流互补关系，实现更细微的步距调整。控制步骤如下： 1.给引脚A施加电压，使电机顺时针转动半个步距。 2.给引脚A和引脚B施加电压，使电机顺时针转动一个步距。 3.给引脚B施加电压，使电机顺时针转动半个步距。 4.给引脚B和引脚C施加电压，使电机顺时针转动一个步距。 5.给引脚C施加电压，使电机顺时针转动半个步距。 6.给引脚C和引脚D施加电压，使电机顺时针转动一个步距。 7.给引脚D施加电压，使电机顺时针转动半个步距。 8.给引脚D和引脚A施加电压，使电机顺时针转动一个步距。 5.步进电机程序设计示例
编号0217 课程设计（论文） 相关资料 题目：基于单片机的步进电机设计 学院专业 学号 学生姓名 指导教师 二0一二年六月
目录 第1章概述 (3) 第2章设计内容的介绍 (3) 2.1步进电机原理 (3) 2.2设计目标 (4) 第3章设计思路具体内容 (5) 3.1设计思路 (5) 3.2总体设计框图及电路原理图 (5) 3.3单片机及其最小系统 (5) 3.4 硬件电路原理图.................................................................... 错误！未定义书签。第四章程序设计 . (7) 4.1 程序设计思路 (7) 4.2程序设计流程图 (7) 4.3 主程序设计 (8) 4.4 子程序设计........................................................................... 错误！未定义书签。第五章总结 . (11) 参考文献 (12)
第一章概述 1.1单片机简介 单片机是单片微型计算机的简称，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 1.2步进电机简介 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。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以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。 第二章设计内容的介绍 2.1步进电机原理 步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.1所示： a. 单四拍 b. 双四拍 c八拍
步进电机的单片机控制 一、方案论证与比较 1、本设计的重点在于对步进电机的控制和驱动，设计中受控电机为四相六线制的步进电机（内阻33欧，步进1.8度，额定电压12V） 方案一：使用多个功率放大器件驱动电机 通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大的要求，放大后能够得到较大的功率。但是由于使用的是四相的步进电机，就需要对四路信号分别进行放大，由于放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较复杂。 方案二：使用L298N芯片驱动电机 L298N芯片可以驱动两个二相电机（如图1－1），也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。 图1－1
通过比较，使用L298N芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动步进电机，且价格不高，故选用L298N驱动电机。而使用L298N时，可以用L297来提供时序信号，可以节省单片机IO口的使用；也可以直接用单片机模拟出时序信号，由于控制并不复杂，故选用后者。 2、数码管显示电路的设计 方案一：串行接法 设计中要显示4位数字，用74LS164作为显示驱动，其中带锁存，使用串行接法可以节约IO口资源，但要使用SIO，发送数据时容易控制。 方案二：并行接法 使用并行接法时要对每个数码管用IO口单独输入数据，占用资源较多。 由于设计中用一块单片机进行控制，资源有限，选择了方案一。另外，使用锁存也起到节约资源的作用。 二、步进电机控制原理 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。 步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下： (1)控制换相顺序
基于单片机的步进电机控制系统设计方案 第1章绪论 1.1引言 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。CPU的生产制造技术，也朝着综合性、技术性、实用性发展。如CPU的运算位数从4位、8位……到32位机的发展，运算速度从8 MHz、32 MHz……到1.6 GHz。可以说是日新月异的发展着。其中单片机在控制系统中的应用是越来越普遍了。单片机控制系统是以单片机（CPU）为核心部件，扩展一些外部接口和设备，组成单片机工业控制机，主要用于工业过程控制。要进行单片机系统设计首先必须具有一定的硬件基础知识；其次，需要具有一定的软件设计能力，能够根据系统的要求，灵活地设计出所需要的程序；第三，具有综合运用知识的能力。最后，还必须掌握生产过程的工艺性能及被测参数的测量方法，以及被控对象的动、静态特性，有时甚至要求给出被控对象的数学模型。由此可以认识到，单片机在工业领域运用中，对工业发展、提高工业生产力等有重大意义。因此，掌握好单片机的应用，对以后的生产生活有很强的指导意义。科技的进步需要技术不断的提升。一块大而复杂的模拟电路花费了巨大的精力，繁多的元器件增加了成本。而现在，只需要一块几厘米见方的单片机，写入简单的程序，就可以使以前的电路简单很多。由此可见掌握了单片机技术后,不管今后开发或是工作上，一定会带来意想不到的惊喜。 1.2国外设计现状 1.2.1国外发展回顾及产生背景 如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可分为以下几个阶段： （1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS –48为代表。MCS –48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”
单片机控制步进电机 随着科技的不断发展，单片机技术在现代工业和生活中得到了广泛的应用。其中，单片机控制步进电机技术更是具有显著的意义。步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应动作的电机，其优点是可以实现精确控制，而且响应速度快，适用于各种复杂的环境。本文将介绍单片机控制步进电机的基本原理及实现方法。 单片机是一种集成度高、功耗低、可靠性高的微控制器，具有强大的数据处理和控制能力。步进电机是一种通过控制脉冲数量和频率来控制旋转角度和速度的电机，其优点是精度高、无累积误差、响应速度快。在许多应用中，如机器人、自动化设备等，需要精确控制电机的旋转角度和速度，这时就可以采用单片机控制步进电机的方法。 单片机控制步进电机的基本原理是通过向步进电机驱动器发送控制信号，控制驱动器驱动步进电机旋转相应的角度。其中，控制信号通常包括脉冲信号、方向信号和使能信号等。当单片机发送一个脉冲信号时，步进电机就会旋转一定的角度，从而实现精确控制。 实现单片机控制步进电机需要设计相应的硬件电路。通常情况下，需要选择具有合适输入电压和电流的单片机，并选择合适的步进电机和驱动器。还需要设计相应的电源电路、输入输出电路等。在设计硬件
电路时，需要考虑单片机的输入输出端口、电平匹配等问题。 软件程序设计是实现单片机控制步进电机的关键环节。在程序设计时，需要考虑如何通过编程实现对步进电机的精确控制。通常可以采用定时器中断、PWM等方式实现精确控制。还需要考虑如何优化算法以提高控制精度和效率。 在完成硬件电路设计和软件程序设计后，需要进行调试和优化。首先需要进行硬件调试，检查电路板是否存在短路、虚焊等问题；然后进行软件调试，检查程序是否存在语法错误、逻辑错误等问题；最后进行系统调试，检查单片机与步进电机之间的配合是否协调。在调试过程中可以对硬件或软件进行优化以获得更好的性能。例如，可以通过调整PWM占空比来调整步进电机的旋转速度和旋转角度；可以通过优化算法来提高控制精度和控制效率等。 单片机控制步进电机是一种精确、快速、可靠的控制方法。通过设计合理的硬件电路和软件程序可以实现高精度的位置、速度和加速度控制。在工业自动化、机器人、医疗器械等领域中具有广泛的应用前景。随着科技的不断发展，单片机控制步进电机技术也将不断创新和完善。近年来，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们对健康的需求越来越强烈。因此，建立一个高效、稳定的国家医疗卫生体系模
. 精选范本 江西农大 单片机原理及应用 课程设计报告 设计课题：单片机控制步进电机专业班级：信工091班 学生姓名：崔** 指导教师：何老师 2012 年 5 月
. 精选范本目录 目录 (1) 1 设计任务书 (2) 1.1 基本设计要求 (2) 1.2 选作项目 (2) 2 设计阐明 (3) 2.1设计内容 (3) 2.2设计要求 (3) 2.3设备及工作环境 (3) 3 系统方案整体设计 (4) 3.1 设计思路 (4) 4 硬件设计 (6) 4.1 系统硬件设计 (6) 4.1.1 最小单片机系统 (6) 4.1.2 键盘设计 (6) 4.2 系统工作原理论述 (7) 5 软件设计 (9) 5.1 分析论证 (9) 5.1.1 步进电机运行驱动模块 (9) 5.1.2 温度采集模块 (9) 5.1.3 主函数模块 (9) 5.1.4 整体功效 (9) 5.2 程序流程图 (10) 5.3程序清单 (11) 6 调试过程及分析 (18) 7 设计总结 (19) 参考文献 (20)
. 精选范本1 设计任务书 1.1 基本设计要求 （1）用万能板、主芯片AT89S52、35BYJ412步进电机、BLN2003以及其他周围原件芯片完成实验设计。 （2）程序的首地址应使目标机可以直接运行，即从0000H开端。在主程序的开端部分必须设置一个合适的栈底。程序放置的地址须持续且靠前，不要在中间留下大批的空间地址，以使目标机可以应用较少的硬件资源。 （3）采用单片机控制一个三相单三拍的步进电机工作。步进电机的旋转方向由正反转控制信号控制。步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3、6、9、12、15、18、21、24和27步，且键盘具有键盘锁功能，当键盘上锁时，步进电机不接受输入步数，也不会运转。只有当键盘锁打开并输入步数时，步进电机才开始工作。 （4）电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。 （5）电机在运转过程中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮，同时警报响。本题目的关键之处是：如何生成控制步进电机的脉冲序列。 1.2 选作项目 1、用单片机（A T89S52）为主芯片设计电路来控制步进电机。 2、设三个自锁按键，分别作开关键盘、左转、右转控制。 3、设9个触电按键分别控制输入的步数为3、6、9、12、15、18、21、24 和27步。 4、设置一片LCD12864显示器实时显示步进电机工作状态，并提示用户步操 作。