步进电机运动控制系统设计

图1 系统设计图3第 38 卷 数字技术与应用 4#define KEY0 GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_8) //KEY0为PA8上按键的值键盘扫描函数u8 KEY_Scan(void)的程序设计思路如图4所示:3.3 中断技术STM32的每一个GPIO引脚都可以作为外部中断的中断输入口,都能配置成一个外部中断触发源。

STM32把同一个序号的引脚组成一组,每组对应一个外部中断/事件源(即中断线)EXTIx(x:0～15),将众多中断触发源分成16组。

本系统软件设计中,加速、减速、停止按键设置为中断源,即PA10、PA11、PA12引脚对应3个外部中断源,分别对应的中断线是EXTIx10～EXTIx12。

外部中断配置函数void exit_config(void)中主要代码如下:RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE); //使能复用时钟GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource10);//设置PA10～PA12为中断源EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);//外部中断初始化NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//中断优先级初始化在中断服务函数中,中断线EXTIx15～EXTIx10共用一个外部中断通道E XT I 15_10_I R Q n,同时也共用一个中断服务函数EXTI15_10_IRQHandler()。

在中断服务函数中,判定是什么中断源。

如果是停止中断,就不再加载脉冲;如果是加速中断,则减少加载的脉冲延时;如果是减速中断,则增加脉冲延时。

3.4 延时设计STM32中有很多定时器,本文中的延时设计采用其中的滴答定时器(SysTick)。

它是一个24位的系统节拍定时器,具有自动重装载和溢出中断功能,所有基于Cortex-M3的芯片都可以由此获得一定的时间间隔[2]。

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
（ ） Ｌ ／Ｒ Ｇ ３ ） ５ Ａ ＥＰ Ｏ （ ０ 。地址锁存信号输 出端 ／Ｐ Ｏ Ｅ Ｒ Ｍ编程 脉 冲输入 端 ；
Байду номын сангаас
决于脉 冲信号 的频率和 脉冲数 ， 不受负载变 化的影 响 ， 而 即给
输入 和输 出 ， 反向放大器 可 以配置 为片 内振荡 器 。 该 石晶振荡 和陶瓷振 荡均可采用 。 如采 用外部时钟 源驱动器件 ，Ｔ ２ Ｘ ＡＬ 应 不接受 。有余输入 至内部时钟信 号 ，要 通过一个 二分频触发
器， 因此对外部 时钟信号 的脉 宽无任何 要求 ， 但必 须保证脉 冲
了一 种 灵 活 性 高 且 价 廉 的方 案 １１ 单 片 机 的 引 脚 功 能 ．
除 ， 通过 正确 的控制信 号组 合 ， 可 并保 持 Ａ Ｅ管脚 处 于低 电 Ｌ 平 １ 来 完成 。在芯 片擦 操作 中 ， 码阵 列全被 写“ ” ０ｍｓ 代 １ 且在
任何非空 存储字节被重复编程 以前 ， 该操作 必须被执行 。
此外 ，Ｔ９ ５ 设有稳态 逻辑 ， 以在低 到零频 率的条件 Ａ ８Ｃ １ 可
下静态逻 辑 ， 持两种软件 可选的掉 电模式 。在闲置模 式下 ， 支
Ｃ Ｕ停止工作 。 Ｒ Ｍ定时器 、 Ｐ 但 Ａ 计数器 、 口和中断系统仍在 串 工作 。 在掉 电模 式下 ， 保存 Ｒ ＡＭ 的内容并 且冻结振荡器 ， 禁止
所用其他 芯片功能 ， 到下一 个硬件复位 为止。 直
单 片机是 一种时序 电路 ， 必须有 脉 冲信号 才能工作 ， 其 在

基于PLC的步进电机控制系统设计机械电子专业 XXX指导教师 XXX摘要：以德国西门子公司小型可编程逻辑控制器S7—200为中央处理单元，以步进电机作为控制对象。

介绍了PLC的概念原理以与控制的优点，步进电机的概念与工作原理，现状以与发展方向。

PLC 与步进电动机一起结合起来有很高的研究价值与意义。

本文在介绍步进电机控制特点的基础上,重点研究了步进电机的控制策略。

设计了控制系统的硬件方案，并编写了相应的控制流程，测试了实际控制效果，并提出相应的整改措施，达到更加合理高效的目标。

对于使用步进驱动器的步进控制系统，控制器对步进电机的控制关键在于控制脉冲信号的产生。

介绍了使用该控制器产生控制脉冲信号的多种不同实现方法，进而实现对步进电机不同控制方法。

关键词：可编程逻辑控制器；步进电机；控制策略；控制流程The Research Of Stepper Control Method Motor Based OnPLC Student majoring inMachinery and electronics specialtyXXXTutorXXXAbstract：With small Germany Siemens S7-200 programmable logic controller of the central processing unit, with stepping motor as control object. This paper introduces the concept of PLC principle and advantage of the control, the concept and working principle of stepper motor, the current situation and development direction. PLC combined with stepper motor has a high research value and significance. In this paper, based on the introduction to the characteristics of the stepper motor control, step motor control strategies are researched. Design the hardware of the control system scheme, and write the corresponding control process, test the actual control effect, and puts forward the corresponding rectification measures, achieve more reasonable and efficient. For using stepper drive stepper control system, the controller of stepper motor control is the key to control the generation of pulse signal. This paper introduces the control using the controller a variety of different implementation methods of the pulse signal, then the method to realize different control the stepper motor.1 / 23Keywords:Programmable logic controller; Stepping motor; The control strategy; Control the process引言伴随着经济的快速发展，科技的日新月异，产品更新换代周期缩短，生产效率有了更高的要求，特别是计算机技术的广泛的推广和普与，信息产业发挥了它无与伦比的优越性和高效性，其中可编程逻辑器件就有了更多的用武之地。

基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计共3篇基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计1本文介绍了基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计。

一、设计目标本次设计的目标是：设计一个可控制多路步进电机的系统，具备高效、可靠的控制方式，实现步进电机多通道运动控制的目标。

二、硬件选型1、主控芯片STM32本设计采用STM32作为主控芯片，STM32系列微控制器具有高性能、低功耗、高集成度、易于开发等优点，非常适合此类控制系统。

2、FPGA本设计采用FPGA作为数据处理和控制模块，FPGA具有可编程性和高速、低功耗的特点，在电机控制系统中有广泛的应用。

3、步进电机步进电机具有速度可调、定位精度高等特点，很适合一些高精度的位置控制系统。

4、电源模块电源模块负责为整个系统提供稳定的电源。

5、驱动模块驱动模块负责驱动步进电机，其控制原理为将电机的输入电流拆分为若干个短脉冲信号，每一个短脉冲信号控制一个步距运动。

三、系统设计1、STM32控制器设计STM32控制器是本系统的核心，其功能是读取FPGA发送的控制信号和控制步进电机的运动。

STM32控制器处理的信号主要包括方向信号、脉冲信号、微步子段等控制参数，将这些参数按照驱动模块的需求分发到各个驱动模块中，从而控制步进电机的运动。

2、FPGA模块设计FPGA模块是本系统的数据处理模块，其主要功能是接收STM32发送的指令，进行解码并且转化为步进电机的控制信号，以驱动步进电机的运动，同时FPGA模块还负责将电机的运动数据反馈回STM32，以保证整个系统的稳定运行。

3、驱动模块设计驱动模块是本系统的控制模块，其主要功能是将电机的输入电流拆分成若干个短脉冲信号，每一个短脉冲信号控制一个步距运动，从而实现对步进电机的控制。

四、系统流程1、系统初始化整个系统初始化主要包括STM32控制器的初始化、FPGA模块的初始化、各个驱动模块的初始化、电源模块的初始化，当系统初始化完成后，所有硬件设备均已经准备完成，可以开始正常的运行。

电 机 启 动 按 钮 王 Ｏ∞ ｌ 启 动 电 机 换 向 按 钮 王 。 １ 正 反 转 电 机 停 止 按 钮 １ ０ 停 止 电 机 加， 速 按 钮 １ Ｏ． ３ 粗Ｏ ｝ 加 ／ 臧 逮
设计控制系统中有 ７个数字量输入和 ３个
１系统的方案设计
本 系 统 设 计 实 现 三 个 主 要 功 能 ：对 步 进
出高 电平 “ １ ” ， 方 向 脉 冲 使得 步 进 电机 按 相
ｓ ７ — ２ ０ ０ ＣＰ Ｕ２ ２ ６型号 Ｐ Ｌ Ｃ结构紧凑 、扩展 性强 ，具有 丰富的功 能单元 ，可满足 中小复杂 的控制系统要求，故 本设计 中选用此型号作为 系统控 制器 。 结合步进 电机 的成本性能要求 ，选用两相 ５ ６系 列 的 ＤＭ５ ６ ７ ６ Ａ型 步进 电机 ，这 种步 进 电机机构简单、响应快、 距角小 、步进频率 高、经久耐用、力矩 － 惯性 比高等。 选用与 Ｄ Ｍ５ ６ ７ ６ Ａ型步进 电机 配套的 Ｄ ＭＤ４ ０ ３步进 电 机驱动器。
为 ＶＷ２ ０ ０ ＝ｖ ｗ２ ０ （ ） 一Ｖｗ １ ０ ，步进 电机 的速度 选用 Ｃ Ｐ ２ ４ ３ － １ 通 信模块 ，来实 现对系 统 就相应 的增加 。按 下减速 指令时接通 Ｉ Ｏ ． ４ ，执 的远程控制。 行 子程 序 Ｓ Ｂ Ｒ一 １ 加 法指 令 ，每 按一 次，高速
２ ． ２ Ｉ ／ ０ 分 配 及硬 件接 线
通过对步进 电机运的周 期为 Ｖ Ｗ２ ０ ０ ＝Ｖ Ｗ２ ０ ０ ＋ Ｖ Ｗ１ ０ 。步 进
电机 的速度就相应的减小。
器人的各种 动作。 为此本论文将 以此为 切入点 ，
设计 出一套基 于 Ｐ Ｌ Ｃ 的 步 进 电 机 运 动 控 制 系

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。

步进电机工作原理
步进电机是一种基于磁场的控制系统，工作原理是当电流通过定子绕组时，会 产生一个磁场，该磁场会吸引转子铁芯到相应的位置，从而产生一定的角位移。 步进电机的角位移量与输入的脉冲数量成正比，因此，通过控制输入的脉冲数 量和频率，可以实现精确的角位移和速度控制。同时，步进电机具有较高的分 辨率和灵敏度，可以满足各种高精度应用场景的需求。
二、系统设计
1、硬件设计
本系统主要包括51单片机、步进电机、驱动器、按键和LED显示等部分。其中， 51单片机负责接收按键输入并控制步进电机的运动；步进电机用于驱动负载运 动；驱动器负责将51单片机的输出信号放大，以驱动步进电机。LED显示用于 显示当前步进电机的状态。
2、软件设计
软件部分主要包括按键处理、步进电机控制和LED显示等模块。按键处理模块 负责接收用户输入，并根据输入控制步进电机的运动；步进电机控制模块根据 按键输入和当前步进电机的状态，计算出步进电机下一步的运动状态；LED显 示模块则负责实时更新LED显示。
三、系统实现
1、按键输入的实现
为了实现按键输入，我们需要在主程序中定义按键处理函数。当按键被按下时， 函数将读取按键的值，并将其存储在全局变量中。这样，主程序可以根据按键 的值来控制步进电机的转动。
2、显示输出的实现
为了实现显示输出，我们需要使用单片机的输出口来控制显示模块的输入。在 中断服务程序中，我们根据设定的值来更新显示模块的输出，以反映步进电机 的实时转动状态。
基于单片机的步进电机控制系统需要硬件部分主要包括单片机、步进电机、驱 动器、按键和显示模块等。其中，单片机作为系统的核心，负责处理按键输入、 控制步进电机转动以及显示输出等功能。步进电机选用四相八拍步进电机，驱 动器选择适合该电机的驱动器，按键用于输入设定值，显示模块用于显示当前 步进电机的转动状态。

密级分类号编号成绩本科生毕业设计 (论文)外文翻译原文标题Stepper Motor Motion Control System Design 译文标题步进电机运动控制系统设计作者所在系别机械工程系作者所在专业机械设计制造及其自动化作者所在班级作者姓名作者学号指导教师姓名指导教师职称完成时间2012 年 2 月的个数严格成正比，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。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

一步进电机的工作原理步进电机是一种用电脉冲进行控制 ,将电脉冲信号转换成相位移的电机 ,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正比 ,每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度 ,脉冲的频率决定了电机运转的速度.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。

二步进电机详细调速原理步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电的调速。

关。在宏观上步进电机所转过 的角位移量和输入脉
冲的个数成正 比， 在时间上与输入脉冲同步 ， 因此只
要控制输入驱动器脉 冲的数量 、 频率， 便可获得所需 的转角与转速。这种驱动方式非常适合于单片机控 制。如图 １ 所示 ， 单片机控制步进 电机驱动器一般 只需要 ３ 根连接线 ， 从单片机这边看 ， 一根是脉冲输
进电机的加速段 ， 步进频率从 ｖ 上升到 Ｖ ， ０ ｌ这里可 以是线性升速或其他升速曲线。Ｔ 到 １ １ ２是匀速运 行阶段 ， 步进频率不变。１ ２到 Ｊ Ｉ ３时刻是步进电机
减速段 。
在步进 电机运动控制系统 中， 当有脉冲输入步 进电机驱动器时， 驱动器驱动步进电动机转动 ， 每一 个脉冲信号 ， 步进 电机转动一定 的角度。这个角度 和步进电机 的结构以及驱动器对驱动电流的细分有
图 ２ 典型 的步进 电机运行频 率
４ ２
甘
肃
科
技
第 ２ 卷 ７
为了产生符合 图 ２要求 的脉 冲， 在软件设计上 结合 ｓ ３ 系列单片机的特点 ， ｔ ２ ｍ 参考有关文献 ， 以及
笔者在工作中的实践 ， 以采取如下两种方式。 可
２ １ 定 时器 中断 方式 ．
这是较常用的方法。升速或减速的频率和步数 已经以数组的方式存储在单片机的 Ｆ Ａ Ｈ中， ＬＳ 数组 中的数据必须结合 电机的资料和反复的实验来确定 最佳 的值。把 升减 速 表 的第 一个 值 装 人定 时器 ＴＭ１ Ｉ 的装载寄存器 ， 启动定时器 ＴＭ ， Ｉ １ 而后在每个 定时器中断到来时， 首先输出一个脉冲信号 ， 然后根
出， 一根是方向电平输出， 还有一根是地线 。根据使
用步进电机的不 同， 驱动器也分为 ２相步进驱动器、 ３ 步进 驱 动器 、 步进 驱 动 器等 不 同种 类 ， 般 相 ５相 一 其驱动电流可调， 驱动电流的细分数也可调。

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。

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，具有快速启动能力，定位精度高，能够直接接受数字量，因此被广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、精确定位、计算机外围设备等，在现代控制领域起着非常重要的作用。

本设计运用了8086 CPU芯片以及74273芯片、8255A芯片和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。

绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。

该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行调速。

关键词：步进电机；正反转；调速控制；ULN2003A芯片；8086微机系统1、课程设计任务书1.1任务和目的 (4)1.2设计题目 (4)1.3内容和要求 (4)1.4列出使用元器件和设备清单 (4)2、绪论 (4)3、步进电机的总体方案 (6)4、步进电机的硬件设计 (7)4.1总体设计思路 (7)4.2电路原理图 (10)4.3线路连接图 (11)5、步进电机软件设计 (12)5. 1流程图 (12)5.2控制程序 (14)&调试说明 (19)6.1调试过程 (19)6.2调试缺陷 (19)7、总结收获 (19)8、参考文献 (20)附录：元器件及设计清单1. 课程设计任务书1.1任务和目的掌握微机硬件和软件综合设计的方法。

1.2设计题目步进电机控制系统设计1.3内容和要求1. 基本要求：控制步进电机转动，要求转速1步/1秒；设计实现接口驱动电路。

2. 提高要求：改善步进电机的控制性能，控制步进电机转/停；正转/反转；改变转速（至少3挡）；1.4列出使用元器件和设备清单8086cpu可编程并行接口8255指示灯键盘74LS138译码器驱动模块步进电机2. 绪论步进电机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Step motor或Steeping motor、Stepper servo Steppe,等等。

机电工程系基于PLC的步进电机运动控制系统设计专业：测控技术与仪器指导教师：xxx姓名: xxx _______________（2011年5月9日）目录一、步进电机工作原理 (1)1。

步进电机简介 (1)2。

步进电机的运转原理及结构 (1)3。

旋转 (1)4。

步进电动机的特征 (2)1）运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机 (2)2）运转量与脉冲数的比例关系 (2)3）运转速度与脉冲速度的比例关系 (2)二、西门子S7-200 CPU 224 XP CN (2)三、三相异步电动机DF3A驱动器 (3)1。

产品特点 (3)2。

主要技术参数 (3)四、PLC与步进电机驱动器接口原理图 (5)五、PLC控制实例的流程图及梯形图 (5)1.控制要求 (5)2。

流程图 (5)3.梯形图 (6)六、参考文献 (6)七、控制系统设计总结 (6)基于PLC的步进电机运动控制系统设计一、步进电机工作原理1.步进电机简介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;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。

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2.步进电机的运转原理及结构电机转子均匀分布着很多小齿,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，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）3.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）。

本科毕业设计论文题目基于单片机的步进电机驱动控制系统设计专业名称学生姓名指导教师毕业时间毕业 任务书一、题目基于单片机的步进电机驱动控制系统设计二、指导思想和目的要求步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电元件。

每出现一个脉冲，它就相应的运行一步。

步进电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点，在数控机床、绘图仪、打印机及机器人领域得到广泛应用。

为了得到性能优良的控制结果，出现了很多步进电机控制系统，其中采用单片机作为控制核心的控制系统得到了广泛的应用，使用这种控制系统在步进电机的驱动上已经做的非常好。

本课题通过研究步进电机和单片机的原理，实现以单片机为核心的步进电机控制系统设计，达到对步进电机的转速和转角的控制。

三、主要技术指标1. 研究步进电机和单片机的原理，并基于单片机实现步进电机驱动控制系统的设计；2. 利用Proteus 仿真平台仿真实现以单片机作为控制核心对步进电机进行驱动控制的电路设计和软件设计及仿真。

四、进度和要求第01周----第02周： 查找相关资料，对英文资料进行翻译；第03周----第04周： 熟悉步进电机、单片机及如何使用单片机对步进电机进行驱动控制的相关原理；第05周----第06周：熟悉Proteus 8.0的应用；第07周----第13周：设计电路图并利用Proteus 8.0进行仿真实现；设计 论文第14周----第16周：撰写毕业设计论文，论文答辩。

五、主要参考书及参考资料[1] 蔡美琴.MCS—51系列单片机系统及其应用（第二版）.高等教育出版社，2004-6-1.[2] 张毅刚，基于Proteus的单片机课程的基础实验与课程的基础实验与课程设计，人民邮电出版社.2012-4-1[3] 张明林，C语言程序设计，西北工业大学出版社，2005.[4] 谭浩强，C++面向对象程序设计.清华大学出版社，2006[5] 雷凯，步进电机细分驱动技术的研究[D].苏州大学硕士论文.2003.[6] 黄勇.廖宇.高林，基于单片机的步进电机运动控制系统设计.湖北名族学院论文.2008.[7] 房玉民，杭柏林.基于单片机的步进电机开环控制系统[J].电机与控制应用.2006.[8] 张巍.浅谈单片机控制步进电机[J].安防科技.2006.[9] 刘宝延，程树康，步进电机及其驱动控制系统[M],1997.11.[10]StePPingmotorhandbook6[M][11]Development of a Novel Drive Topology for a Five Phase Stepper Motor,T.S.Weerakoon and L.Samaranayake,Dept.of Electrical and Electronic Engineering,Faculty of Engineering,University of Peradeniya,Sri Lanka .[12]《Stepper Motor System Basics》[M]AMS advanced micro systems inc. 2000[13]Albert C.Leenhout.Smooth Step Motor Motion With Halt Driver.Annaul Symposium on IMCSD.1995 24 (2).学生___________ 指导教师 ___________ 系主任 ___________摘要步进电机广泛应用于工业，军事和医疗自动化领域，如数控装置，牵伸机，机械手，印刷及包装设备。

信 ， 加 了 Ｃ Ｎ接 口 ， 增 Ａ 为后 续 多 轴 联 动 、 产 线 网 络 化 作 功 生
能 扩 展
收 稿 日期 ：０１ — ３ ０ ２ ２ ０—３
１０ ３—
Ｃ Ｎ模 块 的 Ａ ９ Ｃ Ｎ１８主 要 考 虑 到 系 统 的 稳 定 性 、 少 电 Ａ Ｔ０ Ａ ２ 减
稿 件 编 号 ：０ ２ ３ ２ ２ １０ ０ ２
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等 ）下 位 机 （ 控 制 器 ） 责 接 收 指 令 并 对 指 令 进 行 处 理 以 ， 微 负 输 出步 进 电机 运 动 所 需 要 的 脉 冲 信号 和方 向信 号 。
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步进电机控制系统设计目录1绪论 (3)1.1 步进电机概述 (3)1.2 步进电机的特征 (3)1.3 步进电机驱动系统概述 (4)1.4 课题研究的主要内容 (4)2步进电机驱动系统的方案论证 (5)2.1 步进电机驱动系统简介 (5)2.2 步进电机驱动器的特点 (5)2.3 混合式步进电机的驱动电路分类和性能比较 (6)2.3.1 双极性驱动器与单极性驱动器 (6)2.3.2 单电压驱动方式 (8)2.3.3 高低压驱动方式 (9)2.3.4 斩波恒流驱动 (10)2.4 方案的确定 (10)3混合式步进电动机驱动控制系统硬件设计 (11)3.1单片机最小系统 (11)3.2 红外遥控电路 (12)3.2.1 红外发射电路 (12)3.2.2 红外接收电路 (13)3.3 LCD显示电路 (14)3.4 双机通讯 (15)3.5 步进电机驱动部分 (16)3.5.1 单极性步进电机驱动 (16)3.5.2 双极性步进电机驱动 (18)3.6 电源电路 (18)4 软件设计 (19)4.1 主机LCD显示菜单程序 (19)4.2 双机通讯程序 (20)4.3 下位机步进电机驱动程序 (22)5 驱动器试验结果 (24)5.1 概述 (24)5.2 试验内容和结论 (24)总结 (26)参考文献 (27)1绪论1.1 步进电机概述步进电机是将电脉冲信号转换为角位移或线性运动的执行器。

它由步进电机及其动力驱动装置组成，形成开环定位运动系统。

当步进驱动器接收到脉冲信号时，它驱动步进电机以设定方向以固定角度（步进角度）旋转。

脉冲输入越多，电机旋转的角度越大;输入脉冲的频率越高，电机的速度越快。

因此，可以通过控制脉冲数来控制角位移，从而达到精确定位的目的;同时，通过控制脉冲频率可以控制电机转速，从而达到调速的目的。

根据自身结构，步进电机可分为三类：反应型（VR），永磁型（PM）和混合型（HB）。

混合式步进电机具有无功和永磁两种优点，应用越来越广泛。

步进电机系统开发方案
步进电机是一种通过控制电流大小和方向来驱动转子旋转的电机，它具有定位精度高、控制简单、响应迅速等优点，因此在许多自动化控制系统中得到了广泛应用。

步进电机的系统开发方案主要包括硬件设计和软件编程两个方面。

首先是硬件设计方面，主要需要设计电机驱动电路、控制器和电源等。

1. 电机驱动电路：根据步进电机的特性，采用适当的驱动方式，如全步进驱动、半步进驱动或微步进驱动。

电机驱动电路可以选择使用集成驱动芯片，也可以使用离散元件组成的驱动电路。

2. 控制器：设计一个控制器来控制步进电机的运动，通常采用单片机作为控制器，通过读取传感器的反馈信号确定电机的位置，并根据预定的控制算法来驱动电机旋转。

3. 电源：选择合适的电源供应步进电机系统，电源的稳定性和功率大小需要满足电机系统的需求。

其次是软件编程方面，主要包括控制算法的设计和编程实现。

1. 控制算法设计：根据步进电机的运动特性和系统需求，设计合适的控制算法，确定电机应该如何旋转以达到预定位置。

2. 程序编写：使用编程语言编写程序，在控制器上实现控制算法。

程序需要读取传感器数据、控制驱动电路以及与外部设备进行通信。

最后是整体系统测试和调试。

进行系统集成后，需要进行综合测试，验证硬件和软件的功能正常，并且达到了预期的性能要求。

如果发现问题，需要进行调试和优化，直到系统能够稳定
可靠地运行。

在步进电机系统的开发过程中，需要充分考虑各个组件之间的配合和协作，选用合适的硬件和软件设计方案，并进行系统测试和调试，才能确保最终的步进电机系统性能优良、稳定可靠。

步进电机多轴运动控制系统的研究1. 本文概述随着现代工业自动化和精密控制技术的快速发展，步进电机因其高精度、易于控制等特点，在多轴运动控制系统中扮演着至关重要的角色。

本文旨在深入研究步进电机在多轴运动控制系统中的应用，探讨其控制策略、系统设计及性能优化等方面的问题。

本文将概述步进电机的基本原理和工作特性，分析其在多轴运动控制中的优势。

接着，将重点探讨步进电机在多轴控制系统中的控制策略，包括开环控制和闭环控制，以及这两种控制策略在实际应用中的优缺点比较。

本文还将详细讨论多轴运动控制系统的设计与实现，包括硬件选型、软件编程及系统集成等方面。

特别关注步进电机与控制器之间的接口技术、运动控制算法的实现，以及系统在实际工作环境中的稳定性和可靠性。

本文将探讨步进电机多轴运动控制系统的性能优化方法，包括速度、精度和效率等方面的提升策略。

通过实验验证和数据分析，评估不同优化策略的实际效果，为步进电机在多轴运动控制系统中的应用提供理论指导和实践参考。

本文将从原理分析、控制策略、系统设计到性能优化等多个方面，全面深入研究步进电机在多轴运动控制系统中的应用，旨在为相关领域的研究和实践提供有益的参考和指导。

2. 步进电机原理及特性步进电机是一种特殊的电机类型，其运动不是连续的，而是按照固定的步长进行。

这种电机的特性使其非常适合需要精确控制位置和速度的应用场景。

步进电机通常被用在开环控制系统中，因为它们不需要持续的反馈信号来调整其运动。

步进电机的工作原理基于电磁学。

电机内部包含一系列电磁极，当电流通过这些电磁极时，它们会产生磁场。

这些磁场与电机内部的永磁体相互作用，产生旋转力矩，从而使电机转动。

通过控制电流的方向和顺序，可以控制电机的旋转方向和步长。

步进电机的主要特性包括其步距角、定位精度和动态性能。

步距角是电机每接收一个脉冲信号所转动的角度，这个角度通常很小，可以在5到8之间。

定位精度是指电机能够准确到达的目标位置，这主要取决于电机的制造精度和控制系统的精度。