单片机三相单三拍步进电机
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单片机驱动步进电机电路
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通过键盘，将货位（或包位）代码输入微机，启动存（或取）命令键，机械手即可在微机的控制下，作X、Y、Z三个方向的运动，完成存（或取）包操作。控制原理如图所示。
01
系统主要包括微机控制、步进电机控制、机械传动系统、光控音乐电路、工作电源、货架和柜台等七部分组成。微机根据键入的货物代码，产生相应的脉冲信号，经CH250脉冲分配器和驱动电路，输出具有一定功率的脉冲，驱动有关电机正转或反转及其步数，从而实现货物的存取。机械手行进中，光控音乐电路驱动蜂呜器发出乐曲，从而增强了工作的节奏、控制的旋律。
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9
如果按： 001→101→100→110→010→011→001…… A CA C CB B BA A 的次序输出，就可达到反转的目的。 [练习1]仿照三相三拍的办法编出反转控制子程序。
FAN： MOV P1， ＃01H ；A相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃05H ；CA相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃04H ；C相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃06H ；CB相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃02H ；B相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃03H ；BA相通电 ACALL D1MS RET
9.3 应用举例——机械手的微机控制
随着科学技术的进步、工业自动化的进程，机械手将进一步取代简单而笨重的人工操作，逐步把在恶劣环境下工作的人们解放出来，这对于改善人们的工作条件、提高工作效率，具有一定的现实意义。
本例系存取邮件机械手的控制，在邮政部门和立体仓库中作自动存职包裹和货物之用。
工作原理
由软件完成脉冲分配工作
*
特点：由软件完成脉冲分配工作，不仅使线路简化，成本下降，而且可根据应用系统的需要，灵活地改变步进电机的控制方案。
通过键盘，将货位（或包位）代码输入微机，启动存（或取）命令键，机械手即可在微机的控制下，作X、Y、Z三个方向的运动，完成存（或取）包操作。控制原理如图所示。
01
系统主要包括微机控制、步进电机控制、机械传动系统、光控音乐电路、工作电源、货架和柜台等七部分组成。微机根据键入的货物代码，产生相应的脉冲信号，经CH250脉冲分配器和驱动电路，输出具有一定功率的脉冲，驱动有关电机正转或反转及其步数，从而实现货物的存取。机械手行进中，光控音乐电路驱动蜂呜器发出乐曲，从而增强了工作的节奏、控制的旋律。
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如果按： 001→101→100→110→010→011→001…… A CA C CB B BA A 的次序输出，就可达到反转的目的。 [练习1]仿照三相三拍的办法编出反转控制子程序。
FAN： MOV P1， ＃01H ；A相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃05H ；CA相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃04H ；C相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃06H ；CB相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃02H ；B相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃03H ；BA相通电 ACALL D1MS RET
9.3 应用举例——机械手的微机控制
随着科学技术的进步、工业自动化的进程，机械手将进一步取代简单而笨重的人工操作，逐步把在恶劣环境下工作的人们解放出来，这对于改善人们的工作条件、提高工作效率，具有一定的现实意义。
本例系存取邮件机械手的控制，在邮政部门和立体仓库中作自动存职包裹和货物之用。
工作原理
由软件完成脉冲分配工作
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特点：由软件完成脉冲分配工作，不仅使线路简化，成本下降，而且可根据应用系统的需要，灵活地改变步进电机的控制方案。
基于单片机的步进电机器控制设计
摘要本文应用单片机AT89C51和脉冲分配器PMM8713，步进电机驱动器，光电隔离器4N25等，构建了步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。
通过AT89C51和脉冲分配器PMM8713完成步进电机的各种运行控制方式，实现步进电机在3相6拍的工作方式下的正反转控制和加减速控制。
并通过步进电机丝杠连动，带动XY工作台的直线运动，实现从起点A点到预定点B点的位移控制。
整个系统采用模块化设计，结构简单，可靠，通过人机交互换接口可实现各功能设置，操作简单，易于掌握。
该系统可应用于步进电机在机电一体化控制等大多数场合。
关键词：步进电机单片机控制目录绪论 (1)1、步进电机及其发展 (1)1．1步进电机在我国的发展应用及前景 (2)1.2本文研究内容 (2)2、步进电机的分类、结构、工作原理及特性 (2)2.1步进电机的概念 (2)2.2步进电机的特点 (3)2.3步进电机的结构及工作原理 (3)2.4步进电机的常用术语 (4)3、步进电机的单片机控制 (5)3.1步进电机控制系统组成 (5)3.2步进电机控制系统原理 (6)3.3脉冲分配 (6)3.4步进电机与微型机的接口电路 (8)4、步进电机的运行控制 (9)4.1步进电机的速度控制 (9)4.2步进电机的位置控制 (9)4.3步进电机的加减速控制 (10)5、步进电机的程序设计 (11)5.1程序框图 (11)结论 (13)致谢辞 (13)参考文献 (13)绪论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。
步进电机
N=km，m为步进电机的绕组相数，k=1或2。
转角：由脉冲数控制 转速：由脉冲频率控制
转向：由方向信号确定
步进电机的分类
可变磁阻式（VR型）:转子以软铁加工成齿状，
当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故 其转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并 不大。其步进角通常为15°。 永久磁铁式（PM型）：转子由永久磁铁构成， 其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。 依转子材质区分，其步进角有45°、90°及 7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 混合式（HB型）：转子由轴向磁化的磁铁制成， 磁极做成复极的形式，兼采可变磁阻式步进电机 及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩 大、步进角度小。混合式步进电机随着相数（通 电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这 种步进电机的应用最为广泛。
步进电机减速器
减速器是一种动力传达 机构，利用齿轮的速度 转换器，将电机的回转 数减速到所要的回转数， 并得到较大转矩的机构。 减速机具有减速及增加 转矩功能，用于低转速 大扭矩的传动设备。 原理：轴上的齿数少的 齿轮啮合输出轴上的大 齿轮来达到减速的目的。
手动脉冲发生器 （码盘）
不需要驱动器，直接接步进电机，多用于手动控制数控 机床的面板。
4．动作灵敏：步进电机因为加速性能优越，所以可做 到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁的定位动作。 5．开回路控制、不必依赖传感器定位：步进电机的控 制系统构成简单，不需要速度感应器及位置传感器就 能以输入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回 路控制，故最适合于短距离、高频度、高精度之定位 控制的场合下使用。 6．中低速时具备高转矩：步进电机在中低速时具有较 大的转矩，故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输 出。 7．高信赖性：使用步进电机装置与使用离合器、减速 机及极限开关等其它装置相较，步进电机的故障及误 动作少，所以在检查及保养时也较简单容易。 8．小型、高功率：步进电机体积小、扭力大，尽管于 狭窄的空间内，仍可顺利做安装，并提供高转矩输出。
转角：由脉冲数控制 转速：由脉冲频率控制
转向：由方向信号确定
步进电机的分类
可变磁阻式（VR型）:转子以软铁加工成齿状，
当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故 其转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并 不大。其步进角通常为15°。 永久磁铁式（PM型）：转子由永久磁铁构成， 其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。 依转子材质区分，其步进角有45°、90°及 7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 混合式（HB型）：转子由轴向磁化的磁铁制成， 磁极做成复极的形式，兼采可变磁阻式步进电机 及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩 大、步进角度小。混合式步进电机随着相数（通 电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这 种步进电机的应用最为广泛。
步进电机减速器
减速器是一种动力传达 机构，利用齿轮的速度 转换器，将电机的回转 数减速到所要的回转数， 并得到较大转矩的机构。 减速机具有减速及增加 转矩功能，用于低转速 大扭矩的传动设备。 原理：轴上的齿数少的 齿轮啮合输出轴上的大 齿轮来达到减速的目的。
手动脉冲发生器 （码盘）
不需要驱动器，直接接步进电机，多用于手动控制数控 机床的面板。
4．动作灵敏：步进电机因为加速性能优越，所以可做 到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁的定位动作。 5．开回路控制、不必依赖传感器定位：步进电机的控 制系统构成简单，不需要速度感应器及位置传感器就 能以输入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回 路控制，故最适合于短距离、高频度、高精度之定位 控制的场合下使用。 6．中低速时具备高转矩：步进电机在中低速时具有较 大的转矩，故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输 出。 7．高信赖性：使用步进电机装置与使用离合器、减速 机及极限开关等其它装置相较，步进电机的故障及误 动作少，所以在检查及保养时也较简单容易。 8．小型、高功率：步进电机体积小、扭力大，尽管于 狭窄的空间内，仍可顺利做安装，并提供高转矩输出。
国家学习网机电一体化系统设计基础形考作业3答案
国家学习网《机电一体化系统设计基础》形考作业3答案注意：学习平台题目可能是随机，题目顺序与本答案未必一致，同学们在本页按“Ctrl+F”快捷搜索题目中“关键字”就可以快速定位题目，一定注意答案对应的选项，如果答案有疑问或遗漏，请在下载网站联系上传者进行售后。
1.某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动如图所示，已知电机轴的转动惯量Jm=4×10-4kg·m2，与电机输出轴相连的小齿轮的转动惯量J1=1×10-4kg·m2，大齿轮的转动惯量J2=1.8×10-4kg·m2，丝杠的转动惯量Js=3.8×10-4kg·m2。
工作台的质量m=50kg，丝杠导程t=5mm，齿轮减速比为i=5。
试求：（1）工作台折算到丝杠的等效转动惯量JG；（2）传动件折算到电机轴的等效转动惯量Je；（3）电机轴上的总转动惯量J。
2.已知某四级齿轮传动系统，各齿轮的转角误差为Δφ1=Δφ2=…=Δφ8=0.004弧度，各级减速比相同，即i1 = i2 =…= i4 =2，求该系统的最大转角误差Δφmax。
3.刻线为1024的增量式角编码器安装在机床的丝杠转轴上，已知丝杠的螺距为2mm，编码器在10秒内输出307200个脉冲，试求刀架的位移量和丝杠的转速分别是多少？4.一个四相八拍运行的步进电机，转子齿数为50，则其步距角为多少？如要求步进电机2秒钟转10圈，则每一步需要的时间T为多少？5.如图所示的电机驱动工作台系统，其中驱动x向工作台的三相单三拍步进电机，转子齿数z为40。
滚珠丝杠的基本导程为l0=6mm。
已知传动系统的横向(x向)脉冲当量δ为0.005mm/脉冲。
试求：（1）步进电机的步距角α；（2）减速齿轮的传动比i。
6.下图所示的机电一体化伺服驱动系统，当以步进电动机为驱动元件，其步距角α为1.8°，系统脉冲当量δ为控制器输出一个脉冲时执行机构的直线位移，大小为0.01mm，传动机构采用滚珠丝杠，其基本导程l0为4mm，减速机构采用了齿轮减速，试求齿轮机构的传动比i。
步进电机单三拍通电方式的基本原理
步进电机单三拍通电方式的基本原理随着生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种电动机。
这些电动机的工作原理，一般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近似，但是它们在性能、结构、生产工艺上各有其特殊性，多用于自动控制过程中。
一般来说，这些电动机的功率不大，小的只有几分之一瓦，大的也不过几十瓦或几百瓦，属于微型电动机的范围。
步进电动机一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。
每输入一个冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。
因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。
步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。
由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。
随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。
步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。
图1 反应式步进电动机的结构示意图图1是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。
两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。
下面介绍反应式步进电动机单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。
一、单三拍通电方式的基本原理设A相首先通电（B、C两相不通电），产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。
这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。
在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置（图2a）；接着B相通电。
AT89C51单片机控制步进电机
摘要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。
关键词：步进电机;单片机;精度高;体积小;控制方便。
目录设计要求 (2)1.1设计要求 (2)1.2验收标准 (2)步进电机原理及硬件和软件设计 (2)2.1步进电机工作方式 (2)2.2 总体设计方框图 (5)2.3 设计原理分析 (6)2.3.1元器件介绍:步进电机 (6)2.3.2方案论证 (7)2.3.3硬件设计 (8)2.3.4元件清单 (12)2.3.5 软件设计 (13)总结 (19)致谢 (19)参考文献 (20)附录 (21)设计要求1.1设计要求（1）最小系统：选择AT89C51单片机为核心元件构成系统。
基于MSP430F449单片机的24BYJ48步进电机控制
引言步进电机可快速启动、停止和反转，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差，其运行不受负载变化的影响等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得简单，因而步进电机使用非常广泛。
由于利用单片机实现的步进电机具有控制成本低、使用灵活等特点，所以越来越多地引起人们的重视。
本文介绍基于MSP430系列单片机实现的24BYJ48步进电机控制。
1步进电机1.1工作原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
角位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，因此可通过改变脉冲频率实现步进电机调速。
步进电机有许多种形状和尺寸，但不论形状和尺寸如何，按照电磁转矩的产生原理可分为磁阻式（反应式BF ）步进电机、永磁式步进电机BY 和感应子式（混合式）BYG 步进电机。
根据励磁绕组的相数分主要有单相、三相、四相和五相等多种[1]。
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”），步距角的大小反映了步进电机分辨率的大小，它与步进电机的结构和工作方式有关，可以由下式求得：Q S =360°r式中：N 为励磁绕组通电一周的状态改变次数，即为运行拍数，Z r 为步进电机转子齿数。
以三相步进电机为例，假设步进电机转子的齿数为40，以单三拍方式工作，通电顺序为A →B →C →A ，通电一周的状态改变次数为3（即3拍），则步距角为3度。
若以三相六拍方式工作，通电顺序为A →AB →B →BC →C →CA →A ，通电一周的状态改变次数为6，则步距角为1.5度，分辨率提高一倍。
三相三拍运行方式时，当通电顺序为A →B →C →A ，步进电机将不断地按顺时针方向转动，叫正转，那么当通电顺序按A →C →B →A 进行时，则电机反时针旋转，叫反转。
可见控制步进电机正反转只是三相绕组通电顺序不同而已。
同理，三相六拍运行方式时，正转通电顺序为A →AB →B →BC →C →CA →A ，反转通电顺序为A →AC →C →CB →B →BA →A 。
三相三拍步进电机工作原理
三相三拍步进电机工作原理
三相三拍步进电机的工作原理基于电磁感应和磁场作用。
当给定子绕组通电时，会在电机内部产生磁场，这个磁场会与转子上的永磁体相互作用，使转子转动。
具体来说，当A相绕组通电时，A相定子上的齿与转子上的齿对齐，迫使电机旋转一定的角度。
然后，B相绕组通电，B相定子上的齿与转子上的齿对齐，电机继续旋转一定的角度。
同理，C相绕组通电时，C相定子上的齿与转子上的齿对齐，电机继续旋转一定的角度。
每次改变一次通电方式，步进电机转动一步，这称为一拍。
当A、B、C三相依次轮流通电时，步进电机就会依次转动三个步骤，即三拍。
这种按A→B→C→A→B→C→A…顺序轮流通电的方式称为三相三拍运行方式。
需要注意的是，三相三拍步进电机的工作原理可能因具体的电机设计和应用场景而有所不同。
在实际应用中，需要根据电机的具体参数和应用需求来确定通电方式和步距角等参数。
步进电机特征参数表
步进电机的驱动 驱动步进电机工作的装置称为步进电机驱动电源，它由电源电路、光电隔离电路、环形分配电路及功率放大电路等多种电路组成，其驱动示意如图2一17所示。
图2—17 步进电机的驱动示意图
f :频率（周/秒）， K(c): 逻辑供电状态系数(单或双拍时为1,间拍时为2)，Z: 转子铁心齿数, m: 定子绕组相数。
综上所述，步进电机在工作中有定位和运转两种基本运行状态，并受数控装置的控制。
通过控制输入脉冲数的多少，即可控制电机转轴总的角位移大小；改变输入脉冲的频率，即可改变电机的旋转速度；改变对定子绕组的通电顺序，即可改变电机的旋转方向。
另外，相数较多时，电机运行的稳定性较好。
感应子式步进电机 又称为混合式步进电机，也曾称为反应式永磁步进电机。
这类电机的标准代号为B YG ，Y 表示永磁型，G 表示感应子式。
磁阻式步进电机 经济型数控机床普遍采用该种类型，它的标准代号为BC (试行)。
B 表示步进电机，C 表示磁阻式。
以前所称的反应式(旧代号为B F ，其F 表示反应式)步进电机。
机电一体化
机电一体化1.单片机、单板机、PLC、嵌入式系统的区别和联系？答：单片机是在一块芯片上集成了中央处理单元，数据存贮器、程序存贮器、定时器/计数器、时钟电路以及输入输出接口等部件，包含了一个数字处理系统所需的全部功能。
其硬件最简单，字长一般为8位，也有16位的，存储空间最小。
集成的片内外设比较丰富。
由于硬件的局限性，导致软件上就不能太大，一般没有操作系统。
单板机是把微处理器、一定容量的ROM、RAM和输入、输出接口等大规模集成电路芯片组装在一块印刷电路板上，配备小型键盘和显示装置。
在ROM中固化监控程序，并且具有较强的扩充能力和完备的外部设备接口能力。
（微型计算机是将单板机、控制面板、电源等组装在一个机箱内而构成的完整微型计算机系统。
除具有较大容量的存贮器外，一般还配有软、硬磁盘、显示屏、打印机等多种外设和足够的软件系统。
）PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是建立在单片机之上的产品，它自身就是一个复杂的嵌入式系统，PLC和单片机最大的区别是PLC可靠，抗干扰能力强，适用于工业现场。
嵌入式系统是以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适应应用系统对功能，成本，体积，可靠性，功耗严格要求的计算机系统。
硬件集成度高，集成的片内外设很多，通常集成串口，USB，CAN等各种控制器，通讯方便。
字长一般32位。
性能高，速度快，主频一般100M左右，ARM9可达600M。
存储空间大，可以支持操作系统。
2.什么是稳态设计和动态设计？答：稳态设计：①使系统的输出运动参数达到所要求技术状态②执行元件的参数选择③功率（力/力矩）匹配以及过载能力的验算。
④各主要元件的选择与控制电路的设计⑤信号的有效传递⑥各级增益的分配⑦各级之间阻抗的匹配和抗干扰措施等，并为后面动态设计中的校正补偿装置的引入留有余地。
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《单片机原理及应用》课程设计报告书课题名称单片机控制步进电机姓名学号专业指导教师机电与控制工程学院2014 年5月30 日任务书单片机控制步进电机步进电机是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之一，它可以在机械结构中把丝杠的角度变成直线位移，也可以用它带动螺旋电位器，调节电压和电流，从而实现对执行机构的控制。
在数字控制系统中，由于它可以直接接受计算机输出的数字信号，而不需要进行D/A 转换，所以使用起来十分方便。
步进电机具有快速的启停能力和精度高的显著特点，在定位场合得到了广泛的应用。
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。
因此，需把并行的二进制转换成串行的脉冲序列，并实现方向控制。
每当步进电机脉冲输入线上得到一个脉冲，它便沿着特定的方向走一步。
设计要求：采用单片机来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来控制。
步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3，6，9，12，15，18，21，24，27步。
并且键盘具有键盘锁的功能，当键盘上锁的时候，步进电机是不接受输入步数的，也不会运转。
只有当键盘锁打开并输入步数的时候，步进电机才开始工作。
电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。
当电机在运转的过程当中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮.，同时警报响。
目录1、绪论 (4)2、方案论证（规划、选定） (7)3、方案说明（设计） (7)4、硬件方案设计 (8)5、软件方案设计 (12)6、调试 (13)7、技术小结（结束语） (14)8、参考文献 (15)9、附录（源程序代码、电路图等） (16)1.绪论1.1 步进电机是用电脉冲信号控制，以实现对生产过程或设备的数字控制，它是过程控制中一种十分重要和常用的功率执行器件，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，近年来由于计算机应用技术的迅速发展，步进电机常常和计算机一起组成高精度的数字控制系统。
由于它是由数字脉冲控制，因此非常适合于用单片机控制，本设计便是在此基础上，AT89C51型单片机为核心，并结合外围电路以步进电机为控制对象的控制系统。
1.2单片机控制步进电机原理步进电机的不同驱动方式，都是在工作时，脉冲信号按一定顺序轮流加到三相绕组上，从而实现不同的工作状态。
由于通电顺序不同，其运行方式有三相单三相拍、三相双三拍和三相单、双六拍三种（注意：上面“三相单三拍”中的“三相”指定子有三相绕组；“拍”是指定子绕组改变一次通电方式；“三拍”表示通电三次完成一个循环。
“三相双三拍”中的“双”是指同时有两相绕组通电）。
1.2.1三相单三拍运行方式：下页图所示为反应式步进电动机工作原理图，若通过脉冲分配器输出的第一个脉冲使A相绕组通电，B,C相绕组不通电，在A相绕组通电后产生的磁场将使转子上产生反应转矩，转子的1、3齿将与定子磁极对齐，如果图（a）所示。
第二个脉冲到来，使B相绕组通电，而A、C相绕组不通电；B相绕组产生的磁场将使转子的2、4齿与B相磁极对齐，如图（b）所示，与图（a）相比，转子逆时针方向转动了一个角度。
第三个脉冲到来后，是C相绕组通电，而A、B相不通电，这时转子的1、3齿会与C组对齐，转子的位置如图（c)所示，与图（b)比较，又逆时针转过了一个角度。
图1.1 反应式步进电机工作原理图当脉冲不断到来时，通过分配器使定子的绕组按着A相--B相--C 相--A相……的规律不断地接通与断开，这时步进电动机的转子就连续不停地一步步的逆时针方向转动。
如果改变步进电动机的转动方向，只要将定子各绕组通电的顺序改为A相--C相--B相--A相，转子转动方向即改为顺时针方向。
单三拍分配方式时，步进电动机由A相通电转换到B相通电，步进电动机的转子转过一个角度，称为一步。
这时转子转过的角度是30度。
步进电动机每一步转过的角度称为步距角。
1.2.2三相双三拍运行方式三相双三拍运行方式：每次都有两个绕组通电，通电方式是AB--BC--CA--AB……，如果通电顺序改为AB--CA--BC--AB……则步进电机反转。
双三拍分配方式时，步进电动机的步距角也是30度1.2.3三相单，双六拍运行方式：三相六拍分配方式就是每个周期内有六个通电状态。
这六中通电状态的顺序可以使A--AB--B--BC--C--CA--A……或者A-- CA--C--BC--B--AB--A……六拍通电方式中，有一个时刻两个绕组同时通电，这时转子齿的位置将位于通电的两相的中间位置。
在三相六拍分配方式下，转子每一步转过的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是15度。
单三拍运行的突出问题是每次只有一相绕组通电，在转换过程中，一相绕组断电，另一相绕组通电，容易发生失步；另外单靠一相绕组通电吸引转子，稳定性不好，容易在平衡位置附近震荡，故用的较少。
双三拍运行的特点是每次都有两相绕组通电，且在转换过程中始终有一相绕组保持通电状态，因此工作稳定，且步距角与单三拍相同。
六拍运行方式转换时始终有一相绕组通电，且步距角较小，故工作稳定性好，但电源较复杂，实际应用较多。
2.方案论证2.1本设计由于需要实现9个不同部数的输入以及其他功能的输入，所以可以采用键盘输入，实现步进电机的步数由键盘输入且具有键盘锁功能。
而本实验单片机的端口数量充足，最后决定直接采用键盘输入。
2.2在步进电机方面由于此次设计的软件采用proteus，在此软件中只有一个四相步进电机的模型，然后考虑到步进电机控制方法的难易度最后决定采用四相八拍控制法，由于单片机不能直接驱动步进电机，通过芯片放大控制电压。
2.3在测量温度方面一开始打算用一个温度传感器开关去实现监测电机的温度，当温度过高的时候就断开开关；但考虑到系统的可操作性，准确性，编程的难以度及仿真软件的限制，最后决定用DS18B20代替电机的测量系统，实现电机在运动过程中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮，同时报警。
而转向方面用不同的指示灯指示正转和反转。
当温度超过安全温度时，报警灯会亮和报警铃会鸣响，并让电机停止运转同时锁住键盘。
3.方案说明步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。
即步进电机是将电脉冲信号转换为机械角位移的执行元件。
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。
硬件方法是采用脉冲分配器芯片进行通用换相控制；而软件方法是用单片机产生控制脉冲来控制步进电机的运行状态，这种方法可简化电路，降低成本。
在用软件控制时，主要设计要点如下：●判断旋转方向；●按相序确定控制字；●按顺序输入控制字；●确定控制步数和每一步的延时时间。
由于单片机的驱动电流一般都比较小，不能直接驱动电机工作，所以单片机的I/O口输出必须接驱动电路，即功率驱动，才得以控制电机正常工作。
控制框图如下图所示：开始启动时点击处于停止转动状态，用键盘按键控制键盘锁、步数、正转、反转。
用80c51作为总控制芯片。
ULN2003用于步进电机的驱动控制。
其中在键盘控制时用键盘扫描程序。
图3.1 总方案图4.硬件方案设计系统硬件设计4.1最小单片机系统5V电源：给系统供电。
复位电路：程序跑飞时复位电路可以使程序从新执行，相当于电脑的重启。
晶振：给单片机运行提供时钟。
EA接高电平：表示运行内部程序存储器下载的程序。
P0接排阻：P0口开漏结构，使用时一般接排阻拉高电平。
4.2键盘设计该电路中采用独立键盘工作方式，共设有十二个按键，分别是3,6，9，12，15,18,21,24,27布局选择功能，键盘锁功能以及步进电机转动方向选择功能。
其中有程序决定起作用。
4.3步进电机步进电机的驱动采用ULN2003，接到单片机的P1.0~P1.3，如图步进电机驱动和单片机连线图。
4.4正反转显示灯和报警灯铃4．5温度传感器模块5.软件设计主程序流程图所示如下：6. 调试6.1 Proteus仿真软件Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
6.2 调试步骤及方法本电路经调试符合题目要求，各项技术指标均达到设计的目的。
具体操作控制方法如下：1、当电机按下启动按钮时，步进电机根据制定默认状态开始转动；2、当电机按下停止按钮时，步进电机停止转动；3、当电机按下正转按钮时，步进电机正转；4、当电机按下反转按钮时，步进电机反转；5﹑当电机按下步数按钮时，步进电机根据步数实现转动7．技术小结为期一周的单片机课程设计在忙碌中已接近尾声，经过这么多天的努力，终于完成了这次课程设计基本设计要求，在充实中也学到了很多知识，是真正将所学知识运用于实践中的一次很好的体验，使人受益匪浅。
由于此次控制要求不是很高，选用51系列80C51。
接下来就是硬件接口分配问题和如何去驱动电机。
对于步进电机之前没有什么接触，所以我上网查了许多关于步进电机的资料，知道了其基本工作原理以及怎么去实现其控制运转和驱动。
接下来的主要问题就是如何编程去实现控制它了，这次程序的编写和调试对我来说是个不小的挑战，因为之前只编写过一些简短的小程序，对较大的程序总体性方面还不能很好的把握。
经过反复的尝试和调试，用发现一个问题，解决一个问题的方法，还参考了一些别人的经验方法，完成了程序的编写。
这对我以后编写程序是一次很好的经验积累。
通过这次课程设计，我也了解到了自己的不足，以前自己学习单片机的时候，往往只去看懂别人写的程序，以为看懂了自己就知道写了，但事实并不是这样，虽然这次课程设计程序是完成了，但棘手的地方很多，编程并不像以前认为的简单。
所以在以后的学习中，不能手高眼低，一定要脚踏实地，一步步地走，自己动手去做，这样才能将知识真正学到手。
这次课程设计能得以顺利完成，还要感谢毛老师的指导，感受很深，是一次很好的经验积累和设计经历。
8 参考文献1.张毅刚编著，《单片机原理及应用》高等教育出版社，2010。
2.楼然苗等编著，《51系列单片机设计实例》北京航空航天大学出版社，2006。
3.汪道辉编著，《单片机系统设计与实践》电子工业出版社2005。
4．谭浩强编著，《C程序设计（第三版）》清华大学出版社2005。
5．王港元编著，《电工电子实践指导》江西科学技术出版社2008。