基于单片机步进电机速度控制研究(正式版)

基于单片机步进电机速度控制研究基于单片机步进电机速度控制研究步进电机是一种非常常见的电机类型，它在很多领域都有广泛的应用。

与传统的直流电机比较，步进电机具有很多优势，比如精度高、摩擦小、噪音小等。

但是为了更好地发挥步进电机的优势，需要对其进行精细的控制，包括速度的控制。

因此，基于单片机的步进电机速度控制研究非常重要，本文将对此进行深入探讨。

一、步进电机的原理和特点步进电机是一种能够将电脉冲转换成机械旋转的电动机。

它的核心是转子和定子之间的电磁相互作用，通过不同的脉冲信号控制电机的转动速度和方向。

步进电机的特点主要有以下几个方面：1. 精度高：步进电机的步进角度可以达到很小，因此可以实现精细的运动控制。

2. 摩擦小：步进电机与传统的直流电机相比，其内部的摩擦力要小很多，因此可以实现更加平稳的运动。

3. 噪音小：步进电机的电机转子比较轻，摩擦力较小，因此转动时噪音较小。

二、步进电机的速度控制步进电机的速度控制是一种基于脉冲信号的控制方式，根据输入的脉冲信号来控制电机的转动速度。

这种控制方式可以实现精确的速度控制，并且可以改变电机的运动方向。

步进电机的速度控制可以分为定速控制和变速控制。

定速控制是通过固定的脉冲频率来控制电机的速度，而变速控制则是通过改变脉冲频率来实现速度的变化。

三、基于单片机的步进电机速度控制基于单片机的步进电机速度控制是一种常见的控制方式。

它通过单片机的计算和控制来实现对电机的脉冲信号控制，可以更加灵活地实现对电机的控制。

常见的单片机包括STC89C52、STM32F103等。

步进电机的速度控制是通过控制脉冲信号的频率来实现的。

因此，为了实现步进电机的速度控制，需要设置一个计时器来定时产生脉冲信号。

计时器可以通过单片机内部的外设或者扩展外部芯片来实现，常用的计时器包括定时器0、定时器1等。

单片机的速度控制还可以实现反馈控制，常见的反馈控制方式包括编码器反馈和霍尔传感器反馈。

通过反馈控制，可以实现对电机速度的更加精准的控制，并且可以消除误差。

常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系别：机电工程学院专业：机电一体化班号：机电122学生姓名：学生学号：设计（论文）题目：基于单片机的步进电机调速系统设计指导教师：设计地点：起迄日期：2014.6.23~2014.11.13毕业设计（论文）任务书专业机电一体化班级机电121 姓名许永康一、课题名称：基于单片机的步进电机调速系统设计二、主要技术指标：1.根据所选两相混合式步进电机的工作原理及性能指标,选择其伺服控制器的设计方案。

2.借助Keil 发平台,选用C语言完成对伺服系统各功能模块相应的程序的编写 3.在实验室条件下对伺服控制器进行调试、改进及验证。

三、工作内容和要求：1.了解步进电机调速的工作原理及其单片机控制的工作过程；2. 设计单片机步进电机调速控制系统，完成系统硬件电路的连接和调试；3. 编制程序实现步进电动机系统调速。

四、主要参考文献：__[1] 王冬青.可编程序控制器原理及应用[M].人民邮电出版社，2002.7[2] 王兆义.可编程序控制器教程[M].机械工业出版社,1999.10[3] 袁任光. 可编程序控制器应用技术实例[M].华南理工大学出版社,2000.4[4] 陈立定. 电气控制与可编程序控制器[M]. 华南理工大学出版社,2001.2学生（签名）年月日指导教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日系主任（签名）年月日毕业设计（论文）开题报告基于单片机的步进电机调速系统设计目录TOC \o "1-3" \h \u 摘要 (1)Abstract (2)第一章前言 (3)1.1步进电动机的简介 (3)1.2步进电机伺服控制的研究现状 (4)1.2.1国外步进电机伺服系统的发展现状 (4)1.2.2国内步进电机伺服系统的发展现状 (5)1.3步进电机伺服控制目前存在的主要问题 (6)第二章总体方案设计和步进电机的选择2. 1两相混合式步进电动机的工作过程 (8)2.1.1步进电动机的主要技术指标 (8)2.1.2两相混合式步进电机的结构 (8)2.1.3两相混合式步进电机的工作原理 (9)2.1.4两相混合式步进电机的样机简介 (9)2.2控制原理及控制系统分类 (10)2.2.1控制原理及应用 (10)2.2.2控制系统的分类 (11)第三章步进电动机伺服控制器的设计 (12)3. 1步进电动机伺服控制器的硬件组成 (12)3.1.1主控制模块 (12)3.1.2驱动控制模块 (12)3.1.3键盘显不模块 (15)3.1.4硬件抗干扰模块 (16)3.1.5步进电动机伺服控制器硬件电路原理图 (16)3.2步进电动机伺服控制器的软件实现 (17)3.2.1主程序的设计 (18)3.2.2系统调速模块的设计 (21)3.2.3按键显示模块的设计 (21)3.2.4外部中断模块的设计 (22)第四章实验结果及分析 (24)4.1 圈数测试结果 (26)4.2 转速调整测试结果 (26)第五章结束语 (27)参考文献 (28)答谢辞 (29)摘要步进电机具有快速启停能力强, 精度高, 转速容易控制等特点, 在工业过程控制及仪表等领域中得到了越来越广泛的应用。

基于单片机的步进电机控制探讨在步进电机的运行过程中，来自于单片机的电子脉冲信号可以控制其转动角度，而借助于单片机硬件电路以及软件编程等形式，则可实现步进电机的启动、停止以及正反转等动作，以此来实现对步进电机的有效控制。

基于此，本文分析了基于单片机的步进电机控制方法，以期为步进电机的应用与控制提供相应参考。

标签：单片机;步进电机;控制策略;控制系统0 引言步进电机的系统结构简单，对转动定位控制精准，因此步进电机在仪表控制和过程控制中发挥着至关重要的作用，且在当今的自动化控制、电动阀控制、数控机床以及医疗设施等各领域中得到了广泛应用。

而在步进电机的具体应用过程中，单片机可以对其起到更加精准的控制作用，以此来实现应用效果的显著提升。

因此，在步进电机的应用与研究中，应加大对单片机控制的研究，以此来实现步进电机的良好应用与发展。

1 步进电机工作原理在步进电机的运行过程中，电子脉冲信号数量及其频率对其转动速度以及停止位置起到决定性作用。

在步进电机运行过程中，如果给定一个脉冲信号，其转子便可经过相应角度，我们将该角度叫做步距角。

就目前的步进电机来看，步距角一般按照半步和一步进行划分，具体情况如表1所示。

按照以上划分方式，每给定一个脉冲信号，步进电机就可以转动0.9°，随着脉冲信号书的连续给定，可控制步进电机实现连续运转。

2 基于单片机的步进电机控制2.1控制系统框架分析2.1.1硬件系统设计构架分析在本次所研究的步进电机控制系统中，应用到的单片机为51单片机，主控制器型号为80C51，该控制器属于一种有着高效性的微控制器，通过该控制器的应用，可以为嵌入形式的控制系统提供出价格低廉、灵活度高的方案，其组成部分及其个数如表2所示。

在本次研究中，主要选择的步进电机是四相六线形式的步进电机，其额定电压是12V，这种步进电机可以在单拍模式下工作，也可以在单双拍混合模式下工作。

但是通常情况下，在该步进电机工作在单拍模式下时，其转动相角过度比较少，转动角度比较大，而且转动也并不十分连贯[1]。

基于单片机的步进电机控制系统研制摘要系统以AT89S51单片机为核心构成步进电机的控制系统。

设计步进电机驱动电路、键盘与显示电路,并进行了系统软件编写。

通过调节发送给步进电机的步进脉冲个数可实现精确的位移或者角度定位,调节发送给步进电机的脉冲频率就可以实现速度调节。

系统可以实现在显示器的提示下,由键盘输入运行的步数和稳定运行的速度。

关键词步进电机;单片机;速度控制传统的步进电机控制方法是由触发器产生控制脉冲来进行控制的,难于实现人机交互,,而且传统的触发器构成的控制系统,控制电路复杂、控制精度低、生产成本高等。

以微电子芯片为控制核心,以电力电子功率变换器为执行机构,在自动控制理论的框架下组成的控制系统,能通过控制电机转速或转矩进而控制生产机械或运动部件按照人们所希望的规律运动。

克服了传统控制器的缺点,满足工业生产新的控制要求。

如今各领域步进电机无处不在,应用领域涉及机器人,工业电子自动化设备、医疗器械、广告器材、计算机外部应用设备等。

高精度,实时监控的步进电机控制系统具有重要意义和实用价值。

1 系统原理步进电机控制系统主要由AT89S51单片机及单片机工作外围电路和放大电路组成。

采用8155作为AT89S51单片机的扩展I/O口来连接键盘和LED显示器。

单片机的P1.0、P1.1、P1.2分别连到步进电机的A、B、C三相绕组,单片机的控制信号经信号放大驱动电路输出到步进电机绕组就可以驱动步进电机运转。

系统在LED显示器的提示下,由键盘设置步进电机运行的转速和步数;由各个功能键控制系统的运行,按启动键后,步进电机按照输入的参数运行。

2 系统的硬件构成2.1 步进电机的驱动电路设计系统的输出通道也就是控制步进电机的通道,由于AT89S51的P1口作为输出通道的控制端口,采用三相六拍的步进电机进行并行控制需要单片机P1口中的三位P1.0、P1.1、P1.2,分别接三相步进电机的A、B、C三相。

步进电机的脉冲分配由单片机通过软件控制构成环行分配器,功率放大器选用单电压功率放大电路。

《基于单片机的步进电机控制系统研究》篇一一、引言随着科技的发展，步进电机因其高精度、低噪音、易于控制等优点，在各个领域得到了广泛的应用。

然而，传统的步进电机控制方式存在控制精度低、响应速度慢等问题。

因此，基于单片机的步进电机控制系统应运而生，其具有体积小、控制精度高、响应速度快等优点。

本文旨在研究基于单片机的步进电机控制系统的设计原理、实现方法以及应用前景。

二、步进电机控制系统的基本原理步进电机是一种将电信号转换为机械运动的设备，其运动过程是通过一系列的步进动作实现的。

步进电机的控制原理主要是通过改变电机的电流和电压，使电机按照设定的方向和速度进行旋转。

三、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控制系统主要由单片机、步进电机驱动器、步进电机等部分组成。

其中，单片机是控制系统的核心，负责接收上位机的指令，并输出相应的控制信号给步进电机驱动器。

步进电机驱动器则负责将单片机的控制信号转换为适合步进电机工作的电流和电压。

在硬件设计方面，我们选择了一款性能稳定、价格适中的单片机作为主控制器，同时设计了相应的电路和接口，以实现与上位机和步进电机驱动器的通信。

在软件设计方面，我们采用了模块化设计思想，将系统分为初始化模块、控制模块、通信模块等部分，以便于后续的维护和升级。

四、基于单片机的步进电机控制系统的实现在实现过程中，我们首先对单片机进行了初始化设置，包括时钟设置、I/O口配置等。

然后，通过编程实现了对步进电机的控制，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，我们还实现了与上位机的通信功能，以便于实现对步进电机的远程控制和监控。

五、实验结果与分析我们通过实验验证了基于单片机的步进电机控制系统的性能。

实验结果表明，该系统具有较高的控制精度和响应速度，能够实现对步进电机的精确控制。

同时，该系统还具有较好的稳定性和可靠性，能够在各种复杂环境下正常工作。

此外，我们还对系统的抗干扰能力进行了测试，结果表明该系统具有较强的抗干扰能力。

电子器件市场调研与系统设计实践专业：***班级：姓名：学号：指导教师：****大学****学院**** 年 **月**日基于单片机的步进电机调速与正反转控制系统1 系统要求步进电动机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，它最突出的优点是可以在宽广的频率范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，并且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。

随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。

本设计基于单片机控制的步进电机设计课题是以单片机为主控制模块，从而实现电机的启停、正反转和调速的目的的一个设计课题。

在课题设计之前，通过互联网了解到了当前步进电机的发展状况及发展前景。

同时也了解了当今最先进的步进电机所具备的功能，方便为课题设计提供参考和借鉴；最后，通过画原理框图的形式，以最直观的方式为整个课题设计制定了流程及要求。

1.1 设计目的《电子器件市场调研与系统设计实践》是本专业的重要实践教学环节，强调实际应用技能训练。

结合自动化专业系列课程的学习，培养我们对电子器件的认知，锻炼我们的市场调研能力，加深我们对自动化专业系列课程知识的掌握。

通过课程设计环节培养学生与人交往、独立思考和处理问题的能力。

1.2 设计内容及要求本次课程设计所选的步进电机是四相步进电机，采用的方法是利用单片机控制步进电机的驱动。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

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。

本次课程设计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机的速度的，并且通过数码管显示其转速的级别。

调研报告1课题研究的目的和意义步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Stepping motor、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。

当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。

因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。

每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。

根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。

步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。

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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。

正是由于步进电机具有突出的优点，所以成了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[2]。

比如在数控系统中就得到广泛的应用。

目前世界各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国已经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。

虽然与发达国家相比，我们我国的数控技术方面整体发展水平还比较低，但已经在我国占有非常重要的地位，并起了很大的作用。

除了在数控系统中得到广泛的应用，近年来由于微型计算机方面的快速发展，使步进电机的控制发生了革命性变革。

第1期（总第206期）2018年2月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING&. AUTOMATIONNo. 1Feb.文章编号：1672-6413(2018)01-0169-02基于单片机的步进电机控制部象，赵树忠(华北理工大学，河北唐山063009)摘要：研究了基于S T C89C52单片机的步进电机控制系统。

通过建立最基本的单片机系统、基于ULN2803 芯片的电机驱动电路、电机按键控制电路、电机运行状态参数的数码管显示电路等几部分搭建了电机控制系 统。

通过M C S-51汇编语言编程指令，实现由控制矩阵键盘输入控制步进电机的正反转、加减速、启停控制 等操作，提高了电机的控制精度。

关键词：S T C89C52单片机；步进电机；控制系统中图分类号：TP273 : TP368.1 文献标识码：A〇引言步进电机是将电脉冲控制信号转变为机械角位移或直线位移的控制电动机。

在驱动电源的作用下，步进电机每接收一个电脉冲，转子就转过一个相应的角度（步距角）。

电动机转子角位移的大小和转速的高低分别与输入的控制电脉冲数量及其频率成正比，而电动机的转向与绕组的通电顺序有关，因此，通过控制输入电脉冲的数目、频率及电动机绕组的通电顺序就可以获得所需要的转角、转速及转向，利用微型计算机就可以很容易实现步进电机的开环数字控制[1]。

步进电机可以实现稳定运行，不受外界温度和电磁等因素的影响。

由于单片机具有成本低、性能高、便于维护、使用简单等特点，使得这一技术得到了飞速的发展并广泛运用于各个行业。

单片机技术的成熟，也使得步进电机的单片机控制系统具有广阔的研究和应用前景[2]。

1电机控制系统结构由于所选用的步进电机功率和额定电流都较小，因此综合考虑选用了达林顿驱动器ULN2803,该芯片最多可一次驱动八线步进电机，具有接口简单、操作方便等特点[3]。

步进电机的加速、减速、正反转和停止等控制通过键盘设置来实现。