基于51单片机的步进电机控制系统设计与实
现
步进电机控制系统是基于51单片机的一种控制系统，它主要用来
控制步进电机的转动方向和转速等参数。下面详细解释一下这个系统
的设计和实现。
1. 系统硬件设计
步进电机控制系统的硬件主要包括51单片机、驱动电路、步进电
机和电源等部分。其中，驱动电路是控制步进电机的关键，它通常采
用L298N芯片或ULN2003芯片等常用的驱动模块。
在硬件设计方面，主要需要考虑以下几个方面：
（1）步进电机的种类和规格，以便选择合适的驱动电路和电源。
（2）驱动电路的接线和参数设置，例如步进电机的相序、脉冲频
率和电流大小等。
（3）电源的选取和参数设置，以满足系统的供电要求和安全性要求。
2. 系统软件设计
步进电机控制系统的软件设计主要包括编写控制程序和调试程序。其中，控制程序是用来实现步进电机的正转、反转、加速和减速等控
制功能，而调试程序则用来检测系统的电路和程序的正确性和稳定性。
在软件设计方面，主要需要考虑以下几个方面：
（1）确定控制程序的算法和流程，例如使用“循环控制法”或“PID控制法”等控制方法。
（2）选择编程语言和编译器，例如使用汇编语言或C语言等。
（3）编写具体的控制程序和调试程序，并进行测试和调试，以确
保程序的正确性和稳定性。
3.系统实现
步进电机控制系统的实现主要包括硬件组装和软件烧录两个部分。在硬件组装方面，需要按照硬件设计图纸进行零部件的选取和电路的
组装，同时进行电源和信号线的接入。在软件烧录方面，需要使用专
用的编程器将程序烧录到51单片机的芯片中，并进行相应的设置和校验。
总之，基于51单片机的步进电机控制系统是一个功能强大、应用
广泛的控制系统，可以实现精密控制和自动化控制等多种应用，具有
很高的实用价值和研究价值。
课程设计报告 设计题目：遥控小车 ——基于51单片机的步进电机调速系统学院： 专业： 班级： 学号： 姓名： 电子邮件： 时间： 成绩： 指导教师：
华南农业大学 理学院应用物理系 课程设计（报告）任务书 学生姓名指导教师职称 学生学号 专业电子信息科学与技术 题目基于51单片机的步进电机调速系统（遥控小车） 任务与要求 1. 设计并制作电路，利用单片计控制步进电机运转。 2. 通过键盘可以不间断地设定改变电机的转速、转向。 3. 利用显示器实时显示转速等参数。 4. 扩展功能：可设定转动步数。 开始日期2014 年3 月完成日期2014 年3 月
1引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。目前，步进机已经广泛应用于领域，例如工业生产中的机械臂的控制，照明装置和监控摄像机转动等。步进机在装置转动、精确位移方面有很重大的作用。 本系统是基于STC89C51 单片机的遥控小车。采用STC89C51单片机作为控制核心，通过ULN2003A驱动步进机（28BYJ-48）转动，由按键和显示屏1602组成人机交互模块，同时通过315M无线发射和接收模块向单片机输入控制信号，将整个系统固定于简易小车上，最终实现小车测试和远程遥控功能。基本达到预定的设计要求以及功能的扩展。 2系统的设计与理论分析 2.1系统总体设计
2.2理论分析 本设计分为两种工作模式：测试模式、遥控模式。在电路板上有一个带锁的开关进行设置。 测试模式工作时，通过控制小车上的按键进行加速、减速、反转、设置、步数增、步数减等按键，单片机扫描按键，通过软件控制液晶模块显示对应的转速、设置的速度和步数，同时控制步进机模块进行相应的转动。 步进机的是由ULN2003A达林顿管驱动，由单片机控制输入脉冲的频率来控制步进机的转速，单片机是通过程序查表对4个I/O口输出脉冲，本次设计采用的是两相四线减速步进机，步进角为5.625°，减速比为64:1，程序采用的是8拍查表，具有较好的扭矩。 遥控模式工作时，遥控部分五个按键分别输入前、后、左、右、暂停，单片机扫描按键，通过无线发射模块发射串行编码，小车的无线接收模块接收对应的编码，送至单片机进行解码，从而控制液晶模块的显示和步进机模块的工作，进而完成功能。 设定单通道无线收发模块通信协议为： 下降沿：1ms的高电平，随后500us的低电平。 起始位：4ms的高电平，随后4ms的低电平。 数据1：2ms的高电平，随后500us的低电平。 数据0：1ms的高电平，随后500us的低电平。 结束位：4ms的低电平。 发送指令程序为：{下降沿，起始位，3个数据位，结束位} 发送编码为：右转：000 前进：001 后退：010 左转：011 接收程序通过触发外部中断1来接受信号，当P3.3口收到下降沿信号是即开始接收数据。
摘要 8051单片机控制步进电机进行简单的转速控制，包括启停变换转速控制等。利用利用https://www.doczj.com/doc/d719161888.html,单片机实验箱以模拟电压提供电机转速设定值，使用并行模数转换芯片ADC0809 进行电压信号的采集和数据处理转换得到速度给定的数字量，通过单片机的P1 口控制步进电机的控制端，使其按一定的控制方式进行转动。调节步进电机转速，使其与给定值相当，最后，利用ZLG7290模块驱动LED数码管显示速度设定值。通过这个单片机控制系统的设计来掌握A/D转换的原理，了解步进电机的工作原理，掌握它的转速控制方式和调速方法，并且掌握LED显示原理和ZLG7290模块的使用方法，用LED数码管显示模数转换的结果，设计电路的硬件接线图和实现上述要求的程序。最后实现通过改变模拟电压就可以改变步进电机的转速控制，并且在LED 数码管上显示步进电机的转速这一功能。 关键词：51单片机调速步进电机LED显示
绪论 在进行51单片机的学习和实验过程中曾利用51单片机对步进电机进行过简单的控制，包括利用https://www.doczj.com/doc/d719161888.html,单片机试验箱对步进电机进行转角控制，方向控制等。即按照设定的转动角度步进电机进行动作，来实现步进电机的实时控制，通过设定的方向来实现步进电机的方向反转控制等，并利用利用ZLG7290模块驱动LED数码管显示步进电机的设定值与步进电机实际所转过过的角度，同时显示步进电机的旋转方向等。 这次所进行的步进电机转速控制系统是对步进电机的另一种控制，即实现步进电机的转速控制而不是单单的转动角度控制，并且是通过模拟量输入来时时的控制步进电机的转速。并且通过数码管来显示出所设定的步进电机的转速。
基于51单片机的步进电机控制系统设计步进电机是一种特殊的直流电动机，具有定角度、定位置、高精度等特点，在许多领域得到广泛应用，如机械装置、仪器设备、医疗设备等。本文将基于51单片机设计一个步进电机控制系统，主要包括硬件设计和软件设计两部分。 一、硬件设计 步进电机控制系统的硬件设计主要包括51单片机、外部电源、步进电机驱动模块、以及其他辅助电路。 1.51单片机选择 由于步进电机控制需要执行复杂的算法和时序控制，所以需要一个性能较高的单片机。本设计选择51单片机作为主控芯片，因为51单片机具有丰富的外设接口、强大的计算能力和丰富的资源。 2.外部电源 步进电机需要较高的电流供给，因此外部电源选择稳定的直流电源，能够提供足够的电流供电。电源电压和电流的大小需要根据具体的步进电机来确定。 3.步进电机驱动模块 步进电机驱动模块是连接步进电机和51单片机的关键部分，它负责将51单片机输出的脉冲信号转化为对步进电机的驱动信号，控制步进电机准确转动。常用的步进电机驱动芯片有L297、ULN2003等。 4.其他辅助电路
为了保证步进电机控制系统的稳定运行，还需要一些辅助电路，如限流电路、电源滤波电路、保护电路等。这些电路的设计需要根据具体的应用来确定。 二、软件设计 1.系统初始化 系统初始化主要包括对51单片机进行外部中断、定时器、串口和IO 口等初始化设置。根据实际需求还可以进行其他模块的初始化设置。 2.步进电机驱动程序 步进电机的驱动程序主要通过脉冲信号来控制电机的转动。脉冲信号的频率和脉冲宽度决定了电机的转速和运行方向。脉冲信号可以通过定时器产生，也可以通过外部中断产生。 3.运动控制算法 步进电机的运动控制可以采用开环控制或闭环控制。开环控制简单，但无法保证运动的准确性和稳定性；闭环控制通过对电机转动的反馈信号进行处理来调整脉冲信号的生成，从而实现精确的运动控制。 4.其他功能设计 根据具体的应用需求，可以加入其他功能设计，如速度控制、位置控制、加速度控制等。这些功能设计需要根据具体系统的要求进行。 总结
微机原理与接口技术课程设计报告基于51单片机的步进电机控制系统 学号 姓名 班级 2011级电子2班 华侨大学电子工程系
摘要 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。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。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响, 因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。本课程设计以STC89C52单片机作为微控制器，使用混合式步进电机驱动芯片ULN2003AN进行驱动，实现了对步进电机运行状态的简单控制，并将其运行状态用LCD1602液晶显示。本次设计能实现的功能有电机运行、停止，设置运行圈数，调节转速，电机正反转，点动等。 关键词：STC89C52单片机，28BYJ-48步进电机，ULN2003AN驱动芯片，LCD1602显示，电机控制，点动
第一章总体设计方案 本次课程设计本课程设计以STC89C52单片机作为微控制器，使用混合式步进电机驱动芯片ULN2003AN进行驱动，实现了对步进电机运行状态的简单控制，并将其运行状态用LCD1602液晶显示。本次设计能实现的功能有电机运行、停止，设置运行圈数，调节转速，电机正反转，点动等。 系统流程图如下： 第二章硬件原理 一、STC89c52单片机 2.1、STC89c52芯片简介 STC89C52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及STC89C52引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的STC89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 STC89C52具有如下特点：40个引脚,8k Bytes Flash片内程序存储器,256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）,32个外部双向输入/输出（I/O）口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗（WDT）电路,片内时钟振荡器。 2.2、STC89c52芯片引脚功能说明
文章标题：基于51单片机的步进电机红外控制系统的设计 引言 在现代科技发展迅速的时代，控制系统已经被广泛应用于各个领域。 其中，基于51单片机的步进电机红外控制系统的设计，不仅在工业领域有着重要的作用，同时也在家电领域、智能家居等方面得到了广泛 的应用。本文将从步进电机控制系统的设计原理、红外控制的基本概 念以及基于51单片机的系统设计方案等方面展开深入探讨。 一、步进电机控制系统的设计原理 步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械位移的执行元件，其控制系 统设计原理是核心。以步进电机为执行元件的控制系统通常包括电脉 冲发生电路、电流驱动电路、位置控制逻辑电路以及接口电路等模块。在系统设计中，需要考虑步进电机的类型、工作方式、转动角度以及 控制精度等因素，以选择合适的控制方案和相关元器件。 针对步进电机的控制系统设计，首先需要从硬件电路和软件控制两个 方面进行综合考虑。硬件方面需要设计合适的脉冲发生电路和驱动电路，并根据具体场景考虑相关的接口电路，以实现步进电机的控制和 驱动。而软件控制方面，则需要编写相应的控制程序，使得系统能够 根据具体的控制要求进行精准的控制和调节。
二、红外控制的基本概念 红外控制是一种常见的无线遥控技术，通过使用红外线传输信号来实现对设备的控制。通常包括红外发射器和红外接收器两个部分，发射器将控制信号转换成红外信号发送出去，接收器接收红外信号并将其转换成电信号进行处理。在实际应用中，红外控制技术已经被广泛应用于各种家电遥控器、智能家居系统以及工业自动化领域。 红外控制的基本原理是在发射器和接收器之间通过红外线进行双向通信，通过调制解调的方式进行信号的传输和解析。设计基于红外控制的步进电机系统需要考虑红外信号的发射和接收过程，以及相关的解析算法和信号处理。信号的稳定性、抗干扰能力以及传输距离等也是需要考虑的重要因素。 三、基于51单片机的系统设计方案 在步进电机红外控制系统的设计中，选择合适的控制芯片和处理器是至关重要的。51单片机作为一种常用的嵌入式控制器，具有成本低、易于编程和应用广泛的特点，因此在步进电机控制系统中得到了广泛的应用。在设计基于51单片机的系统方案时，需要考虑到控制系统的复杂度、实时性、稳定性以及扩展性等因素。 基于51单片机的步进电机红外控制系统的设计方案通常包括硬件设计
一步进电机与驱动电路 1.1 什么是步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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）。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；同时也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。 1.2 步进电机的种类 步进电机分永磁式（PM）、反应式（VR）、和混合式（HB）三种。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。 1.3 步进电机的特点 1．精度高一般的步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。可在宽广的频率X 围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，这是步进电动机最突出的优点 2．过载性好其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合； 3．控制方便步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场； 4．整机结构简单传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。 1.4 步进电机的原理 图1是一种四相可变磁阻型的步进电机结构示意图。这种电机定子上有八个凸齿，每一个齿上有一个线圈。线圈绕组的连接方式，是对称齿上的两个线圈进行反相连接，如图中所示。八个齿构成四对，所以称为四相步进电机。
设计方案与原理 1 设计方案 设计一个51单片机四相步进电机控制系统要求系统具有如下功能： （1）由I/O口产生的时序方波作为电机控制信号； （2）信号经过驱动芯片驱动电机的运转； （3）电机的状态通过键盘控制，包括正转，反转，加速，减速，停止和单步运行。 2 设计原理 步进电机实际上是一个数字\角度转换器，也是一个串行的数\模转换器。步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4个方面。从结构上看,步进电机分为三相、四相、五相等类型,本次设计的是四相电机。四相步进电机的工作方式有单四拍、双四拍和单双八拍三种。 在本次设计中，我们使用的是四相单八拍的工作方式。通过P1口给A,B,C,D四相依次输出高电平即可实现步进电机的旋转，通过控制两次输出的间隔，即可实现对步进电机的速度控制。 图 2.1 步进电机内部结构截图 根据步进电机的相关相序表我们可以正常的控制电机的步进运行。
3 硬件设计 根据设计要求和设计原理，我们可以绘制出基本的功能方框图，以便之后我们连接实际电路时的方便和可靠。用键盘控制具体的功能模块，这样更能直观方便的控制整体的系统，使其达到我们预期的操作效果。 图3.1中简单描述了整个单片机系统的控制模式和控制流程，包括通过时钟电路和键盘电路，来控制ULN2003驱动电机动作。 图表 图 3.1 硬件电路功能方框图 4 电路原理图 4.C程序代码 #include
基于51单片机的步进电机控制系统设计与实 现 步进电机控制系统是基于51单片机的一种控制系统，它主要用来 控制步进电机的转动方向和转速等参数。下面详细解释一下这个系统 的设计和实现。 1. 系统硬件设计 步进电机控制系统的硬件主要包括51单片机、驱动电路、步进电 机和电源等部分。其中，驱动电路是控制步进电机的关键，它通常采 用L298N芯片或ULN2003芯片等常用的驱动模块。 在硬件设计方面，主要需要考虑以下几个方面： （1）步进电机的种类和规格，以便选择合适的驱动电路和电源。 （2）驱动电路的接线和参数设置，例如步进电机的相序、脉冲频 率和电流大小等。 （3）电源的选取和参数设置，以满足系统的供电要求和安全性要求。 2. 系统软件设计 步进电机控制系统的软件设计主要包括编写控制程序和调试程序。其中，控制程序是用来实现步进电机的正转、反转、加速和减速等控 制功能，而调试程序则用来检测系统的电路和程序的正确性和稳定性。
在软件设计方面，主要需要考虑以下几个方面： （1）确定控制程序的算法和流程，例如使用“循环控制法”或“PID控制法”等控制方法。 （2）选择编程语言和编译器，例如使用汇编语言或C语言等。 （3）编写具体的控制程序和调试程序，并进行测试和调试，以确 保程序的正确性和稳定性。 3.系统实现 步进电机控制系统的实现主要包括硬件组装和软件烧录两个部分。在硬件组装方面，需要按照硬件设计图纸进行零部件的选取和电路的 组装，同时进行电源和信号线的接入。在软件烧录方面，需要使用专 用的编程器将程序烧录到51单片机的芯片中，并进行相应的设置和校验。 总之，基于51单片机的步进电机控制系统是一个功能强大、应用 广泛的控制系统，可以实现精密控制和自动化控制等多种应用，具有 很高的实用价值和研究价值。
基于51单片机的步进电机控制步进电机控制系统 实验要求 本课程设计的内容是利用51单片机，达到控制步进电机的启动、停止、正转、反转、两档速度和状态显示的目的，使步进电机控制更加灵活。步进电机驱动芯片采用ULN2003A，ULN2003A具有大电流、高电压，外电路简单等优点。利用四位数码管增设电机状态显示功能，各项数据更直观。实测结果表明，该控制系统达到了设计的要求。 用单片机或DSP控制器控制一台四相六线步进电动机的正转、反转、加速、减速和停止。要求在控制电路板上用5个按钮控制电机的正反转、加减速和停止，并能显示是正转、反转还是停止，同时显示转速及转的圈数 （2）、相关参数设定： 这里采用四相六线步进电机，这款步进电机的驱动电压12V，步进角为 7.5度 . 一圈360 度 , 需要 48 个脉冲完成。其相序A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。所以其正转控制脉冲为：01h,09h,08h,0ch,04h,06h,02h,03h,00h；反转控制脉冲为： 01h,03h,02h,06h,04h,0ch,08h,09h,00h。 单片机的晶振为12MHZ； 3、心得体会 步进电机的控制可以用硬件，也可以用软件通过单片机实现。本系统采用了软件方法，即用单片机产生控制脉冲来控制步进电机的运行状态，这种方比采用硬件方法，即采用脉冲分配器芯片进行通用换相控制，电路更加简单，成本更低。 在做本次设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的。在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：C语言、模拟和数字电路知识等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。 设计结束了，但是从中得到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。此次设计更锻炼了我的毅力，我觉得做任何事情要善始善终，不要中途放弃，只要自己认真的去对待，再难的问题也能找到办法解决。 步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，是一种特殊的电动机。由于其精确性以及其良好的性能在实际当中得到了广泛的应用。本文介绍了以51系列单片机AT89C51为控制核心所设计的步进电机控制系统，从系统的硬件电路以及软件的设计方面实现了对步进电机的控制。 本文首先对步进电机进行了概述，然后就控制系统中芯片的选取做了详细的说明，本设计选择用L298N作为接口驱动芯片，用LM016L做显示芯片，在Proteus 上设计出控制系统的硬件连接电路，并根据实情况考虑了电磁隔离和绕组的导通续流等。在硬件设计的基础上设计了系统运行过程的程序流程图并用C程序设计出控制系统的控制程序，并用Keil进行调试，然后在Proteus上进行仿真，实
摘要：步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，是一种特殊的电动机。由于其精确性以及其良好的性能在实际当中得到了广泛的应用。本文介绍了以51系列单片机AT89S52为控制核心所设计的步进电机（型号42BYG016）控制系统，从系统的硬件电路以及软件的设计方面实现了对步进电机的控制。并且由传感器EE-EX672采集转速数据进而进行关于速度的闭环控制，经过实际应用电路证明，该仿真控制系统的随动性能好，抗干扰能力强，稳定性好。 关键词：单片机、步进电机、光电开关、PID算法、闭环控制 一、步进电机 1.1 步进电机的工作原理 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行机构。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。 1.2 步进电机的特点 本实验所用的步进电机为感应子式步进电机（型号为42BYG016）。感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相八拍运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相 八拍运行方式.不难发现其条件为C=,D=. 一个二相电机的内部绕组与四相 电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。（本实验采用两相四拍） 1.3 步进电机的静态指标 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 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，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，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用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，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）。 1.4 步进电机的动态指标 1）步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差
基于STC89C51单片机步进电机控制系统的设计 本文基于STC89C51单片机，设计了步进电机控制系统，系统分为STC89C51单片机最小系统、按键模块、显示模块、电机驱动模块以及步进电机等几个部分，通过编程实现了步进电机的正反转，加减速，启停控制以及运行状态LED状态显示功能。实验结果表明，系统性能优于传统的步进电机控制器。 标签：STC89C51单片机；步进电机；控制系统；设计 1 引言 步进电机是机电设备中最广泛使用的一种电机，又被称为脉冲电动机或者阶跃电动机，其工作原理是将电脉冲信号转变为角位移或线位移。每输入一个电脉冲，电机转动一个角度前进一步，其输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。在控制中，可以利用输入电脉冲的频率、数量和各相绕组的通电顺序来精确控制电机的启停、转速、转向和定位，几乎不受电压和环境温度等影响，误差小。随着单片机嵌入式系统的发展应用，基于单片机的步进电机控制系统在各个领域得到了广泛应用，比如线切割的工作台运动、ATM机、刻字机、工业控制系统等等，并且特别适合要求性能稳定、误差率低、响应迅速、运行时产生噪音小、具有较长的使用寿命以及能输出较大扭矩的应用场合。本文设计了基于STC89C51单片机的步进电机控制系统，具备价格低廉、结构简单、移植性好等特点，具有广泛的应用前景。 2 系统总体框架 本系统主要由STC89C51单片机最小系统、驱动电路模块、按键电路模块、数码管显示电路模块和步进电机等几个模块组成。本设计中步进电机功率和额定电流都较小，从经济性方面考虑，驱动芯片选用ULN2003芯片，ULN2003芯片是一种高耐压、大电流、内部包含七个硅PNP达林顿管的驱动芯片。 步进电机的控制主要通过按键来实现，分别负责控制加减速、换向、转速。STC89C51单片机向ULN2003输出脉冲信号，驱动芯片将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组，使步进电机随着不同的脉冲信号分别作相应的动作。系统结构如图1所示。 3 硬件电路设计 以STC89C51单片机为核心处理器及主控制器，由28BYJ-48步进电机与ULN2003组成电机与驱动模块，矩阵键盘模块分别控制步进电机的启停、正反转、加速、减速，显示模块驱动数码管显示步进电机当前的转速与转动方向。 3.1 步进电机选择与设计
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。 目录
基于单片机的步进电机控制系统单片机课程设 计报告 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
微机原理与接口技术课程设计报告 基于51单片机的步进电机控制系统 学号 姓名 班级 2011级电子2班 华侨大学电子工程系 摘要 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。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。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响, 因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。本课程设计以STC89C52单片机作为微控制器，使用混合式步进电机驱动芯片ULN2003AN进行驱动，实现了对步进电机运行状态的简单控制，并将其运行状态用LCD1602液晶显示。本次设计能实现的功能有电机运行、停止，设置运行圈数，调节转速，电机正反转，点动等。 关键词：STC89C52单片机，28BYJ-48步进电机，ULN2003AN驱动芯片，LCD1602显示，电机控制，点动 第一章总体设计方案 本次课程设计本课程设计以STC89C52单片机作为微控制器，使用混合式步进电机驱动芯片ULN2003AN进行驱动，实现了对步进电机运行状态的简单控制，并将其运行状态用LCD1602液晶显示。本次设计能实现的功能有电机运行、停止，设置运行圈数，调节转速，电机正反转，点动等。 系统流程图如下：
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 I Design of stepping motor control system based on single chip microcomputer Abstract Stepping 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
基于MCGS的51系列单片机控制步进电机的设计 摘要：介绍了mcgs组态软件和80c51单片机的特点。并以基于80c51单片机设计的步进电机控制系统为例，详细阐述了开发基于mcgs的80c51单片机驱动程序的方法和步骤，并简单介绍了80c51的程序设计，最后给出了测试情况。在实际应用中取得了良好效果。 关键词：MCGS；单片机；步进电机1简介 步进电机是实现电脉冲信号与角位移或线位移转换的开环控制电机原件。在非超负荷的情况下，电机的转速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。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电机按设定的方向转过一个固定的角度，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；同时可以通过控制输入脉冲的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。 步进电机是一种感应电机。其工作原理是在将直流电转换为元件时，利用电子电路供电。多相定时控制电流。有了这个电流为步进电机供电，步进电机就可以正常工作。司机正在开车 为步进电机分时供电的，多相时序控制器。2系统总体方案 本设计将系统分为上位机和下位机，以达到预期的控制效果。下位机部分是以89C51单片机为主控核心，步进电机驱动电路为外围的控制系统。通过单片机编程实现电机的启停、正反转和调试。上位机监控系统由MCGS组态软件开发。用户可以通过可视会议控制步进电机。该系统具有操作简单、使用方便的特点。尽管MCGS本身提供了大量的设备驱动程序，但对于特殊设备仍然没有固定的程序模块。因此，开发人员可以使用MCGS提供的可扩展接口规范和开发工具包来开发自己的设备驱动程序组件。在上位机中实现MCGS 与MCU之间的通信。（1）最小系统。89C51单片机最小系统是单片机正常运行的最小配置：它由一系列模块组成。它包括电源模块和复位模块。 复位模块：当引脚9出现2个机器周期以上高电平时，单片机复位，程序从头开始运行。 振荡模块：有一个振荡电路，其频率等于晶体振荡器的频率。此时，使用外部晶体振荡器。它也可以从外部单独输入。此时，xtal2引脚接地，时钟信号由xtal1输入。 电源系统：vcc和gnd引脚，供电电压4--5.5v。（2）步进电机驱动电路。通过 uln2803构成驱动电路， 电路图如下图所示。通过P1 0～P1。3输出脉冲至ULN2803的1b~4b端口。信号放大后，从端口1C~4C分别输出到电机的a、B、C和D相
基于51单片机的步进电机控制系统设计 中文摘要 步进电机是一种受脉冲信号控制，并且能将脉冲信号转化为相应的角位移或者线位移的数字电动机。由于步进电机具有步距误差不积累、运行可幕、结构简单、惯性小、成本低等优点，因此，被广泛使用于计算机外围电路、自动化控制装置以及其他的数字控制装置中，如打印机、钟表、数模转换设备等装置中。随着科学技术的快速发展，相应的控制系统也产生了很多种类，步进电机的身影在众多领域中可以看到。其中采用单片机作为控制核心的控制系统，山于其电路简单、成本低、可靠性强等优点，满足众多领域的需求，得到了大量的运用。因此, 研究基于单片机的步进电机控制系统，具有重要的现实意义。本设讣研究的是基于51单片机对步进电机的控制系统。通过单片机的I/O端口输出时序方波作为控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动芯片驱动步进电机进行不同的指令进行工作。根据不同的需要，通过按键电路来控制步进电机的启停、正反转和加减速等功能, 并在数码管上实时显示步进电机的工作状态。本文给岀了电路各个模块的电路图, 并用Proteus的ISIS软件对控制系统的各个功能进行了仿真，并给出了相应的仿真结果图像。 关键词：单片机；步进电机：电机驱动；控制系统 Abstract Stepper motor controlled by a pulse signal, and a pulse signal can be converted to the corresponding angular displacement or linear displacement of the digital motor. As the stepper motor has a step error does not accumulate, reliable, simple structure, small inertia, low cost, and therefore, are widely used in computer peripheral circuits, automatic control devices and other digital control devices, such as printers, watches
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、引言 步进电机是一种特殊的电动机，它以步进方式运行，每次接收到一个脉冲信号时，电机转动一个固定的角度，因此步进电机广泛应用于各种自动化设备和机械领域。而为了使步进电机能够准确控制，需要设计一个稳定可靠的步进电机控制系统。本文基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现，主要是通过编程控制单片机来实现步进电机的精确运行控制。 二、步进电机原理简介 步进电机是一种由定子线圈和转子磁极组成的电机，通过电流的变化来产生力矩，驱动转子旋转。在步进电机内部，转子旋转的步长是固定的，通常为1.8°，也就是每接收到一个脉冲信号，电机转动一个步长。因此，通过控制脉冲信号的频率和次数，可以实现步进电机的准确旋转。 三、步进电机控制系统设计 1. 硬件设计 步进电机控制系统的硬件设计主要包括步进电机驱动电路和单片机控制电路。 （1）步进电机驱动电路设计： 步进电机驱动电路常用的是双H桥驱动电路，这种电路可以控制电机的正转和反转以及停止。具体设计时，需要选用合适的双H桥驱动芯片，并根据步进电机的电压和电流要求，设置电流补偿电阻。通过电流补偿电阻的调整，可以使步进电机实际工作电流与设定电流一致，保证电机的正常运行。 （2）单片机控制电路设计：
选用适合的单片机，如常用的51系列单片机。单片机需要通过编程控制脉冲信号的频率和次数，从而实现对步进电机的控制。因此，需要设计适应的时钟电路、控制信号输出电路以及电源电路。同时，还需要将单片机与步进电机的驱动电路进行连接，实现单片机对电机的控制。 2. 软件设计 步进电机控制系统的软件设计主要包括单片机的程序设计和脉冲信号的生成设计。 （1）单片机程序设计： 首先，需要初始化配置单片机，包括时钟设置、IO口功能配置等。然后，通过编写相应的代码，实现对步进电机控制信号的生成和输出。这需要根据电机的旋转方向和步数要求，编写相应的控制程序，控制脉冲信号的输出频率和次数。 （2）脉冲信号的生成设计： 脉冲信号的生成可以通过定时器来实现。通过定时器的定时中断，可以产生固定频率的脉冲信号，并通过IO口输出。具体的设计需要根据步进电机的转速要求和步长来确定定时器的配置和中断频率。 四、系统实现 通过硬件和软件设计的实现，可以搭建基于单片机的步进电机控制系统。该系统可以通过编程控制，实现对步进电机的旋转方向、转速和步数的精确控制。同时，系统具有较高的稳定性和可靠性，在实际应用中可以广泛应用于各种自动化控制系统和机械装置。 五、实验验证 为了验证基于单片机的步进电机控制系统的设计和实现，进行了一系列实验。通过改变控制程序中的参数和设置，可以实现
引言 国内控制器的研究起步较晚，运动控制技术为一门多学科交叉的技术，是一个以自动控制理论和现代控制理论为基础，包括许多不同学科的技术领域。如电机技术、电力电子技术、微电子技术、传感器技术、控制理论和微计算机技术等，运动控制技术是这些技术的有机结合体。总体上来说，国内研究取得很大的进步，但无论从控制器还是从控制软件上来看，与国外相比还是具有一定差距。 传统上由纯电路设计的步进电机控制和驱动电路一般较复杂，成本又高，而且一旦成型就难于修改，可移植性差，难以适应一些智能化要求较高的场合。单片机的普及与应用，为步进电机的应用开辟了广阔的前景，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，将会避免复杂电路的设设计，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。 本文主要介绍了步进电机的基本原理及AT89C51单片机的性能特点。设计主要研究了一种基于AT89C51单片机和ULN2003驱动芯片的步进电机控制及驱动电路系统。该系统可分为：控制模块、驱动模块、显示模块、人机交互模块四大部分。其中采用AT89C51单片机作为控制模块的核心，利用单片机编程实现了对步进电机启动停止、正转反转、加速减速等功能的基本控制。驱动模块由芯片ULN2003A驱动步进电机工作；显示部分由七段LED共阴数码管组成；人机互换部分由相应的按键实现相应的功能。通过实际测试表明本设计系统的性能优于传统步进电机控制器，具有结构简单、可靠性高、实用性强、人机接口简单方便、性价比高等特点。
目录 1设计原理及方案 (3) 1.1 设计原理 (3) 1.2 设计方案 (3) 1.2.1 方案一 (4) 1.2.2 方案二 (5) 1.2.3 方案比较及选择 (6) 2 设计实现 (7) 2.1 主要元器件介绍 (7) 2.1.1 四相六线步进电机的介绍 (7) 2.1.2 AT89C51单片机芯片介绍 (9) 2.1.3 ULN2003芯片介绍 (10) 2.1.4 LED七段数码管介绍 (10) 2.2 步进电机控制及驱动系统电路设计实现 (11) 2.2.1 硬件设计 (11) 2.2.2 软件设计 (14) 3 电路调试 (15) 3.1 软件的仿真 (15) 3.2 硬件电路的调试 (16) 4 数据分析及总结 (17) 4.1 测试数据及说明 (17) 4.2 总结 (18) 参考文献 (19) 附录 (20)