刘国永基于单片机的步进电机控制系统设计

基于单片机的步进电机运行控制系统摘要：步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机,其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例;它易于实现与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。

通过一种设计方案，包括硬件的介绍和组建、硬件原理图和软件流程图的设计、源程序的编写等，介绍一种基于单片机的步进电机运行控制系统。

该系统接收到液氮液面的液位信号后，与键盘、显示系统设置的初值比较后，转化成步进电机的步进脉冲，然后通过单片机控制器驱动步进电机旋转，以带动丝杆传动系统，进而控制液氮液面升降的运动。

关键词: 步进电机单片机控制Abstract: Step of electric motor is one kind transforms the pulsesignalthe straight line displacement or Angle displacement the control microelectrical machinery, its machinery Angle displacement and the rotational speedseparately becomes the proportion with the inputelectrical machinerywinding pulse integer and the pulse frequency; It is easy to realizeand the computer or other digital part connections, is suitable to thenumerical control system. Through one kind of design proposal, andsets up, the hardware schematic diagram and the software flow chartdesign, the source program compilation including the hardwareintroduction and so on, introduces one kind based on the monolithicintegrated circuit Step of electric motor operating control system.After this system receives the fluid nitrogen liquid level the fluidposition signal, after the keyboard, the display system establishmentstarting value comparison, transforms Step of electricmotor step entersthe pulse, then actuates through the monolithic integrated circuitcontroller Step of electric motor to revolve, leads the lead screwtransmission system, then control fluid nitrogen liquid levelfluctuation movement.Key word: Step of electric motor Monolithic integrated circuit Control引言：步进电动机是根据组合电磁铁的理论设计的，是一种把电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移，并用电脉冲信号进行控制的特殊运行方式的同步电动机，在数字控制系统中作执行元件。

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。

本科毕业设计（论文）题目基于单片机的步进电机控制及驱动系统设计学生姓名学号教学院系电气信息学院专业年级\指导教师职称单位辅导教师职称单位摘要步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。

具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。

本文以单片机为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机加、减速控制，正反转控制、步数控制，系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；硬件是以AT89C52单片机为核心的控制电路，主要包括：键盘电路、步进电机的驱动电路等。

本文用Keil软件编写C语言程序，与汇编语言相比，C语言在功能上、结构上、可维护性上有明显的优势。

Keil提供了包括C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和功能强大的仿真调试器在内的完整开发方案，通一个集成开发环境将这些部分组合在一起。

并用Proteus软件仿真单片机及外围器件。

关键词：步进电机控制系统；调速；单片机AbstractStepping motor is a kind of digital control system components. It can achieve quick start-up, positive inversion, stopping and speed control, according to the control pulse. It has high precision step angle, and can be self-locking when it keeps still. As these characteristics, stepping motor in automatic control system, especially in the open loop control system has been widely applied.This article mainly focuses on taking Single-chip Computer and cycle pulse distributor as the core, and designing the stepping motor control system. Through the design of the software and hardware debugging, it realizes controlling the step motor’s acceleration and deceleration automatically, according to parameter setting. Making the system arrive the end point with the shortest time, but not occur outing of step. Besides it can accurately achieve start-up, positive inversion and shutdown. Hardware takes AT89C52 as the core of control circuit, mainly including: cycle pulse distributor, keyboard and display circuit, stepping motor driving circuit, etc. This software is written using Keil with C language program . Compared with assembly language , C language’s function , structure , maintainability, has obvious advantages. Keil Software offers including C compiler, macro assembler , linker, library manager and a powerful simulation debugger , as well as a complete development program , through an integrated development environment for these parts together . Microcontroller simulation with Proteus software and peripheral devices .Key words: Stepping motor control system; speed control; Single-chip Compu目录1绪论 (1)1.1 课题提出的背景和研究意义 (1)1.2 课题的主要研究内容 (1)2 步进电机概述 (3)2.1 步进电机的分类 (3)2.2 步进电机的原理 (3)2.3 步进电机的变速控制 (4)3 控制系统硬件设计 (7)3.1 硬件结构图 (7)3.2 各个模块分析 (7)3.2.1电源电路 (7)3.2.2晶振电路 (8)3.2.3 复位电路 (9)3.2.4键盘控制电路 (9)3.2.5 AT89C52单片机 (10)3.2.6步进电机驱动电路 (13)4 控制系统软件设计 (15)4.1 系统软件主流程图 (15)4.2 Proteus仿真软件 (15)4.3 Keil软件 (16)4.4 Protel 99SE (17)5 系统调试与分析 (19)Proteus仿真 (19)总结 (21)致谢 (22)参考文献 (23)附录.............................................................................................................................. 错误！未定义书签。

安徽技术师范学院学报,2002,16(4):61～63Journal of Anhui T echnical Teachers College单片机控制步进电机系统设计刘国永1　陈杰平2(1.蚌埠高等专科学校机械电子系,安徽蚌埠　233030;2.安徽技术师范学院工程技术系,安徽凤阳　233100) 摘　要:本文提出了采用单片机控制步进电机方案,可以从键盘输入步进电机相关数据,步进电机根据这些数据来进行工作,并且可根据需要,实时对步进电机工作方式进行设置,具有实时性和交互性的特点。

关键词:单片机;步进电机;系统;设计中图分类号:TM 301.2　文献标识码:A 文章编号:1007-3302(2002)04-0061-03 目前,步进电机在工业生产及一些仪器上应用十分广泛,但步进电机的驱动信号往往还是用一些专用的模拟芯片控制器或者是信号发生器来产生,缺乏灵活性、可靠性。

在一些智能化要求较高的场合,用模拟芯片控制器及信号发生器来控制步进电机有一定的局限,可以采用单片机控制步进电机以改进其性能。

1　实现原理1.1　分析以反应式步进电机为例,其典型结构图如图1所示。

这是一个四相步进电机,当相控制绕组接通脉冲电流时,在磁拉力作用下使相的定、转子对齐,相邻的B 相和D 相的定、转子小齿错开。

若换成B 相通电,则磁拉力使B 相定、转子小齿对齐(转过),而与B 相相邻的C 相和A 相的定、转子小齿又错开,即步进电机转过一个步距角。

若按A ※B ※C ※D ※A …规律循环顺序通电,则步进电机按一定方向转动。

若改变通电顺序为A ※D ※C ※B ※A ,则电机反向转动。

这种控制方式称为四相单四拍。

若按AB ※BC ※CD ※DA ※AB 或A ※AB ※B ※BC ※C ※CD ※D ※DA ※A 顺序通电则称为四相双拍或四相单、双八拍。

无论采用哪种控制方式,在一个通电循环内,步进电机的转角恒为一个齿距角。

所以,可以通过改变步进收稿日期:2002-10-14电机通电循环次序来改变转动方向,可以通过改变通电频率来改变其角频率。

基于单片机的步进电机控制系统的设计（有全套CAD图纸）全套CAD图纸,联系 695132052由于部分原因,说明书已删除大部分,完整版说明书,CAD图纸等,联系695132052基于单片机的步进电机控制系统的设计摘要:步进电动机由于用其组成的开环系统既简单,廉价,又非常可行,因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。

本文用汇编语言编写电机的正转,反转,加速,减速,停止程序,通过单片机,电机的驱动电路以及相应的按键实现以上功能,并且步进电机的工作状态要用相应的LED管显示出来。

关键词:步进电机;驱动电路;单片机;转动The Design of the Control System of Step-Motor Based on SCMOrient Science&Technology College of Hunan Agricultural University,Changsha 410128,ChinaAbstract: The open-loop system which is composed by stepping motor is simple, cheep, but very practical, so there are very wide range ofapplications in printers and other officeautomation equipment and various control devices, and many other fields. In this article descibes one design of step-motor system based on microcontroller. It designs the system hardware circuit and the program of the preparation of a motor, reverse, speed up, slow down, stop is written by compile language. The above function are realized through the microcontroller, motor driver circuit and correspond keys, and the work state of stepper motor is displayed through the light-emitting diode.Key Words: Stepping motor;driving circuit;single chip microcomputer;rotation1 前言课题研究的目的和意义步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机,其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例.通过改变电脉冲频率,可在大范围内进行调速.同时,该电机还能快速起动、制动、反转和自锁.此外,步进电机易于实现与计算机或其他数字元件接口,适用于数字控制系统.步进电机只需采用最简单的开环控制就可取得非常高的控制精度,且这种系统不需要反馈信号,系统硬件实施比较简单。

基于单片机的步进电机控制系统设计与实现1. 本文概述随着现代工业自动化水平的不断提高，步进电机因其高精度、易控制等特点，在各个领域得到了广泛应用。

本文旨在设计并实现一种基于单片机的步进电机控制系统，以实现步进电机的精确控制和高效运行。

本文首先对步进电机的原理和工作特性进行了详细分析，然后选择了合适的单片机作为控制核心，并设计了系统的硬件和软件部分。

在硬件设计方面，本文详细介绍了电源模块、驱动模块、信号处理模块等关键部分的设计与实现在软件设计方面，本文阐述了系统控制算法的设计和程序流程的实现。

通过实验验证了系统的稳定性和可靠性，并对实验结果进行了详细分析。

本文的研究成果对于提高步进电机控制系统的性能，促进工业自动化技术的发展具有重要的理论和实际意义。

2. 步进电机原理及特性步进电机是一种电动机，它将电脑指令转换为机械运动，每接收到一个脉冲信号就转动一个步距角。

这种电机的主要特点是其“步进”功能，即它可以在没有反馈系统的情况下，通过控制脉冲的数量和频率来精确控制旋转的角度和速度。

步进电机的工作原理基于电磁学，它通过施加脉冲电流到电机的线圈上来产生旋转力矩。

电机内部有多个线圈，它们按一定的顺序被激活，产生磁场，这个磁场与永磁体相互作用，从而推动电机的转子转动。

每个线圈的激活对应一个步距角，通过控制线圈的激活顺序和时间，可以实现精确的角度控制。

精确控制：步进电机能够精确地控制旋转的角度和速度，这对于需要精确定位的应用场景非常重要。

无需反馈系统：与伺服电机不同，步进电机不需要外部反馈系统来控制位置，这简化了控制系统的设计。

低速度时的高扭矩：步进电机在低速时能提供较高的扭矩，适合于需要大扭矩但速度不高的场合。

控制简便：步进电机的控制通常只需要简单的数字信号，易于与微控制器或单片机接口。

速度与扭矩的可调性：通过改变脉冲频率和电流大小，可以调整步进电机的转速和扭矩。

失步问题：在高速或高负载的情况下，步进电机可能会出现失步现象，即电机的实际位置与控制信号指示的位置不同步。

《基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的不断发展，步进电机控制系统在各个领域的应用越来越广泛。

本文旨在介绍基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现过程。

该系统以单片机为核心，通过精确控制步进电机的运行，实现对各种设备的精确控制。

二、系统概述本系统以单片机为控制核心，通过驱动器控制步进电机。

系统主要包括单片机、驱动器、步进电机、电源等部分。

单片机负责发送控制指令，驱动器将单片机的指令转化为步进电机的运行参数，从而实现步进电机的精确控制。

三、系统设计1. 硬件设计硬件设计主要包括单片机选择、驱动器选择、电源设计等部分。

（1）单片机选择单片机是整个系统的核心，负责发送控制指令。

本系统选择一款性能稳定、功耗低的单片机，以满足系统的实际需求。

（2）驱动器选择驱动器是连接单片机和步进电机的重要部分，负责将单片机的指令转化为步进电机的运行参数。

本系统选择一款性能稳定、驱动能力强的驱动器。

（3）电源设计电源为整个系统提供电能，需保证稳定性和可靠性。

本系统采用合适的电源电路，以确保系统正常运行。

2. 软件设计软件设计主要包括单片机程序设计、驱动器控制程序等部分。

（1）单片机程序设计单片机程序是整个系统的灵魂，负责发送控制指令。

本系统采用C语言编写单片机程序，实现步进电机的精确控制。

（2）驱动器控制程序驱动器控制程序负责将单片机的指令转化为步进电机的运行参数。

本系统采用PWM调制技术，实现步进电机的精确驱动。

四、系统实现1. 连接电路将单片机、驱动器、步进电机等部分连接起来，形成完整的电路。

在连接过程中，需注意各部分的接线正确，以确保系统正常运行。

2. 程序烧录将编写好的程序烧录到单片机中，使单片机能够按照程序的要求发送控制指令。

3. 系统调试对系统进行调试，检查各部分是否正常工作。

在调试过程中，需注意观察步进电机的运行情况，确保其能够按照预期的要求进行精确控制。

五、结论本文介绍了基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现过程。

《基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现》篇一一、引言随着科技的不断发展，步进电机控制系统在各个领域得到了广泛的应用。

基于单片机的步进电机控制系统因其高效、可靠和低成本的特性，成为许多工程应用的首选。

本文将详细介绍基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现过程。

二、系统需求分析首先，我们需要明确步进电机控制系统的基本需求。

系统需要能够精确控制步进电机的运动，包括步进电机的启动、停止、正反转以及速度调节等功能。

此外，系统还应具备实时监控和故障诊断功能，以确保步进电机在运行过程中的安全性和稳定性。

三、硬件设计1. 单片机选择：选择一款性能稳定、功能强大的单片机作为主控制器，如8051系列单片机。

2. 步进电机选择：根据实际需求选择合适的步进电机，包括电机类型、尺寸、精度等参数。

3. 驱动电路设计：为了驱动步进电机，需要设计一个步进电机驱动电路。

该电路应包括电机电源、驱动芯片及相应的保护电路。

4. 接口电路设计：设计单片机与上位机通信的接口电路，如串口通信电路。

同时，还需要设计单片机与步进电机驱动电路的连接电路。

四、软件设计1. 单片机程序设计：编写单片机的控制程序，实现步进电机的启动、停止、正反转及速度调节等功能。

程序应采用模块化设计，便于后期维护和升级。

2. 通信协议设计：设计单片机与上位机之间的通信协议，确保数据的准确传输。

通信协议应包括数据格式、传输速率、校验方式等内容。

3. 实时监控与故障诊断：通过软件实现实时监控和故障诊断功能，及时发现并处理系统故障，确保步进电机的安全运行。

五、系统实现1. 硬件制作与组装：根据硬件设计图纸制作电路板，并将各元器件焊接到电路板上，完成硬件组装。

2. 软件调试与优化：将编写好的单片机程序烧录到单片机中，进行系统调试和优化，确保系统各项功能正常运行。

3. 系统测试与验收：对系统进行全面的测试和验收，包括功能测试、性能测试、稳定性测试等。

确保系统满足设计要求，并具备较高的可靠性和稳定性。

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。

基于单片机的步进电机控制系统设计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之一，被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，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。

1.步进电机原理及硬件和软件设计1.1步进电机原理及控制技术由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备一步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图1所示:控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类:一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。