基于单片机的步进电机控制_开题报告书
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基于单片机的步进电机控制系统设计开题报告
二、学士学位论文（设计）开题报告学生姓名所在院系所在班级指导教师学生学号专业方向开题时间导师职称论文题目基于单片机的步进电机控制系统设计文献综述：1.前言在电气时代的今天，电动机一直在现代的生产和生活中起着十分重要的作用。
据资料统计，现有的90%以上的动力源来自于电动机，我国生产的电能大约有60%用于电动机。
电动机与人们的生活密切相关，而步进电机作为机电一体化的关键产品之一，是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电动机。
步进电机最大的特点是“数字化”，它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。
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。
采用低价的单片机控制系统，可直接对步进电机进行控制，省去了昂贵的专用步进电机控制器，简化了硬件线路，降低了成本，提高了系统的可靠性。
2.主题步进电机最早是在1920年由英国人所开发。
1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。
以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。
在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。
步进电机作为执行元件，是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。
单片机是现代电子技术的新兴领域，它的出现极大的推动了电子工业的发展。
已经它成为电子系统设计中组为普遍应用的手段。
基于单片机的步进电动机调速系统的设计开题报告
基于单片机的步进电动机调速系统的设计开题报告标题：基于单片机的步进电动机调速系统的设计开题报告一、选题背景和意义步进电动机是一种常见的电动机类型，具有精度高、控制简单、适用范围广等优点。
在工业自动化控制系统中，步进电动机的调速系统被广泛应用。
本次设计旨在基于单片机技术，设计一种步进电动机调速系统，以实现对步进电动机的精准控制，提高生产效率和产品质量。
二、研究目标1. 设计一套基于单片机的步进电动机调速系统，实现对步进电动机的精准控制；2. 实现步进电动机的速度控制和位置控制功能，以满足不同应用场景的需求；3. 提高步进电动机的运动精度和稳定性，提高生产效率和产品质量。
三、研究内容和方法1. 系统硬件设计：选择适当的单片机型号，并搭建单片机控制电路，包括电源电路、驱动电路、信号输入输出接口等；2. 系统软件设计：使用C语言编程，编写单片机的控制程序，实现步进电动机的速度和位置控制；3. 系统测试与优化：对设计的步进电动机调速系统进行测试，并根据测试结果进行优化改进，提高系统的性能和可靠性。
四、预期成果和创新点1. 设计一套基于单片机的步进电动机调速系统，实现对步进电动机的精准控制；2. 实现步进电动机的速度控制和位置控制功能，满足不同应用场景的需求；3. 提高步进电动机的运动精度和稳定性，提高生产效率和产品质量。
五、进度安排1. 第一周：调研相关技术和文献，了解步进电动机的原理和控制方法；2. 第二周：选择适当的单片机型号，并搭建单片机控制电路；3. 第三周：编写单片机的控制程序，实现步进电动机的速度和位置控制；4. 第四周：对设计的步进电动机调速系统进行测试，并进行优化改进；5. 第五周：撰写设计报告和制作展示材料。
六、存在的问题和解决方案1. 硬件选型：选择适合步进电动机调速系统的单片机型号和驱动电路，可以参考相关文献和实验室的经验；2. 软件编程：由于步进电动机的控制涉及到速度和位置的精确控制，需要仔细编写控制程序，可参考相关的单片机控制实例；3. 系统测试：在测试过程中可能会出现电路连接错误、程序逻辑错误等问题，需要仔细检查和排除故障。
单片机控制步进电机开题报告
三、完成本课题所需要的工作条件（如资料、工具书、场所、实验、调研等）及解决办法
实现本课题需要对模拟实验装置的各组成部分有较深的认识，尤其是步进电机，并需要掌握电路的相关原理。只需要完成相应的设计即可，并不需要有特定的实验场所。
四、工作方案分析及进度计划
第一阶段：根据课题完成选题报告，并对论文的框架和内容有一个大体的构思，并在指导老师的帮助下，整理相关资料、补学空白知识点，做好撰写论文的前期准备工作。
本 科 学本课题研究现状及可行性分析
随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础，它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。
第二阶段：按照指导教师所下任务书的具体要求完成开题报告。
第三阶段：在导师的指导下，进一步分析整理资料，完成论文初稿。
第四阶段：与导师进行讨论，总结充实研究内容，并对论文进一步修改。
第五阶段：在指导老师的帮助下充分做好答辩准备，积极准备答辩材料。
五、指导教师意见
指导教师（签名）：
年月日
六、教研室审核意见
数控加工的效果很大一部分是由数控程序在决定的，数控程序描述了加工路线，反映了工序的先后，从而影响着加工质量。所以数控程序在用于加工前必需进行可行性的验证。但是数控机床是高技术设备，价格昂贵，保养维修都相当复杂，数控加工程序编写后的模拟验证如果直接在数控机床上进行的话，这将是十分不经济同时也是不切合实际的。但是数控加工程序编写后的模拟验证却又是数控加工前期工作中非常关键也很必要的一部分。所以设计一种数控机床模拟试验装置就显得很有必要了。
二、本课题需要重点研究的关键问题及解决问题的思路
实现本课题需要对模拟实验装置的各组成部分有较深的认识，尤其是步进电机，并需要掌握电路的相关原理。只需要完成相应的设计即可，并不需要有特定的实验场所。
四、工作方案分析及进度计划
第一阶段：根据课题完成选题报告，并对论文的框架和内容有一个大体的构思，并在指导老师的帮助下，整理相关资料、补学空白知识点，做好撰写论文的前期准备工作。
本 科 学本课题研究现状及可行性分析
随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础，它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。
第二阶段：按照指导教师所下任务书的具体要求完成开题报告。
第三阶段：在导师的指导下，进一步分析整理资料，完成论文初稿。
第四阶段：与导师进行讨论，总结充实研究内容，并对论文进一步修改。
第五阶段：在指导老师的帮助下充分做好答辩准备，积极准备答辩材料。
五、指导教师意见
指导教师（签名）：
年月日
六、教研室审核意见
数控加工的效果很大一部分是由数控程序在决定的，数控程序描述了加工路线，反映了工序的先后，从而影响着加工质量。所以数控程序在用于加工前必需进行可行性的验证。但是数控机床是高技术设备，价格昂贵，保养维修都相当复杂，数控加工程序编写后的模拟验证如果直接在数控机床上进行的话，这将是十分不经济同时也是不切合实际的。但是数控加工程序编写后的模拟验证却又是数控加工前期工作中非常关键也很必要的一部分。所以设计一种数控机床模拟试验装置就显得很有必要了。
二、本课题需要重点研究的关键问题及解决问题的思路
基于单片机和FPGA的步进电机控制系统的研究的开题报告
基于单片机和FPGA的步进电机控制系统的研究的开题报告一、研究背景和意义步进电机是一种常见的动力传动装置，广泛应用于电子制造、自动化控制、仪器仪表等领域。
它不仅可以控制精度高、运动平稳，还具有高速、高效、节能等特点，因此备受青睐。
目前，利用单片机和FPGA等嵌入式技术来实现步进电机控制已成为研究热点之一。
该技术在机械制造、电子控制等领域得到了广泛应用。
本研究拟基于单片机和FPGA的步进电机控制系统进行深入研究，主要围绕以下几点开展相关工作：1. 设计一种新型步进电机控制系统，提高控制效率和精度。
2. 利用FPGA优势，实现控制算法的高速计算及精确控制，进一步提高控制系统的稳定性和可靠性。
3. 集成单片机和FPGA，实现控制系统的智能化。
通过编写程序，实现自适应控制、误差调整等功能。
4. 通过实验验证，测试该控制系统的控制效果和性能，为进一步推广和应用提供理论和实践基础。
二、主要研究内容1. 步进电机基本原理分析：阐述步进电机的组成、工作原理及转动方式等基本概念，为后续控制系统研究提供理论基础。
2. 基于单片机的步进电机控制：设计合理的电机驱动电路，编写控制程序，实现对步进电机的准确控制。
探索单片机的并口、串口、中断等技术在步进电机控制中的应用。
3. 基于FPGA的步进电机控制：探索FPGA在步进电机控制中的作用，利用FPGA的高速计算和可编程性，实现精确控制和高效算法运算。
4. 经典步进电机控制算法研究：利用单片机和FPGA实现一般步进电机控制算法，比如开环控制、闭环控制、脉冲直接驱动等算法研究及仿真。
5. 控制系统集成设计：将单片机和FPGA控制系统集成在一起，实现电机驱动、数据处理、界面显示等功能。
对控制系统智能化进行研究，比如自适应控制、误差调整等功能。
三、预期成果与意义1. 设计出一种新型高效、精密的控制系统，比现有的控制系统更加实用、可靠。
2. 探索了单片机和FPGA的组合尤其是FPGA在步进电机控制中的应用，极大程度提高了控制效率，为控制领域的发展注入新的活力。
基于单片机的步进电机控制系统的设计开题报告
基于单片机的步进电机控制系统的设计一、选题的背景和意义当今工业控制的主流系统，是以微处理器为核心的控制系统，这种系统已经取代了常规的模拟检测、调节、显示、记录等仪器设备的系统，并且具有高度复杂的计算方法和处理方法，被控制对象的各种动态过程都能按照规定的方式和要求来运行。
一般步进电机控制器都用硬件来实现，比如市场上的一些脉冲分配器专用集成电路，这些集成电路体积小，驱动效率高，系统控制也比较稳定，可广泛用于要求高精度、高稳定性的设备中，但是这些驱动模块也有一些缺点：控制机理比较难掌握；品种少，价格高；部分模块只能用于特定场所实习专用功能。
而基于单片机的步进电机控制系统就能很好地解决这些问题：采用单片机的软件和硬件结合进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制，如果需改变控制要求，一般只需改变软件就能适应新的环境。
这样的系统能运用于许多设备中，小到打印机，纸带输送机构，卡片阅读机，大到军用仪器，通信和雷达设备，航空航天工业的系统中。
因而，对于单片机的步进电机控制系统的研究也就显得非常重要了。
二、研究目标与主要内容（含论文提纲）1、本课题的研究目的之一就是设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高的步进电机控制系统。
并且这套系统能够有机地把电子技术、单片机技术、电机的控制技术结合起来。
2、设计一套完整的步进电机H桥驱动电路，并通过理论、仿真的方法对所设计的驱动电路进行验证。
3、设计一套完整的包括键盘电路、显示电路在内的外围电路。
4、对整个控制系统的软件进行编制。
1引言1.1 国内外的研究情况1.2 步进电机控制系统设计的意义1.2.1 国内外常见的步进电机控制系统1.2.2 步进电机基本驱动类型1.3 本论文研究的主要工作和安排2 步进电机的概况2.1 步进电机的特点2.2 步进电机的类型2.3 反应式步进电机3 步进电机控制系统的概述3.1 步进电机控制系统简介3.2 本系统简介及特点3.3 本系统可实现功能4 系统硬件设计4.1 系统组成4.2 系统核心——AT89C20514.2.1 AT89C2051简介4.2.2 系统端口分配4.3 系统外围电路设计4.3.1 显示电路设计4.3.2 键盘电路设计4.3.3 步进电机脉冲输出电路4.4 驱动电路4.4.1 电路原理4.4.2 元件参数选择4.4.3驱动电路仿真5 系统软件设计5.1 系统软件主流程5.2 系统软件运行仿真6 实物制作6.1 硬件制作6.2 程序烧入运行7 总结与展望7.1 本项目取得的成果7.2 研究的不足之处致谢附录三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等本论文首先简单介绍了步进电机的应用和发展的历史，然后介绍了步进电机常见的控制系统方案和常见的驱动方案，在这个基础上提出了自己的设计目的，即设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，操作方便，适应性强，可靠性高，而且能人机交互的步进电机控制系统。
基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现【开题报告】
开题报告电气工程及其自动化基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现一、课题研究意义及现状步进电机是一种将数字脉冲信号转换成机械位移或者线位移的数模转换元件。
它只有在专用的脉冲电源供电下进行，其转子的角位移量，与输入脉冲数成正比。
尽管每走一步的步距角存在一定的误差，然而，连续旋转一周后，其累计误差为零。
另外，步进电机动态响应快，控制性能好，使它和驱动控制器组成的开环数控系统，既有较高的控制精度，良好的控制，又能稳定可靠的工作，使之成为各种电机中的首选。
随着世界经济全球化的发展，国际上发达国家的一些大公司，将一些量大面广的劳动密集型的产品向劳动力比较低低廉的中国转移使得我国在该类电动机的研究及生产上，形成了一定的规模，在国际市场上已有很强的竞争力。
本课题就是采用单片机和步进电机相结合的方式，设计一个硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高的控制系统。
该系统运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制，如果需改变控制要求，只需改变软件就能适应新的环境，并且在本设计中利用动态扫描技术，把显示电路和键盘电路有机的结合起来，节约了单片机的端口，能做到一定的人机交换，而且为了抗干扰，提高可靠性，加入看门狗电路，在软件设计上加入去抖动，使系统更加的完善化，但是其中也存在不足，需要进一步研究。
通过对课题的研究，可使我进一步理解单片机强大的运算功能和可编程的特点，同时学会利用单片机进行设计电路，并且用改变软件方法来控制步进电机实现不同的运行状态，将使我在大学期间所学到的知识不但得到充分的利用，而且还扩充了步进电机这方面的知识，为以后在工作岗位上，从事相关工作打下良好基础。
二、课题研究的主要内容和预期目标设计一套低成本、硬件系统较简单，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，可靠性高的步进电机控制系统。
具体要求如下：1.能使电机运行于三相双三拍和三相单双六拍的方式；2.运行模式有单步、连续和预置步数三种；3.可以预置转向或者在运行时改变转向；4.预置步数运行模式时，步数设置范围为0～999步；5.连续运行模式时速度256档可调（0～255）；6.步进控制脉冲输出频率范围：20HZ～2KHZ或更宽；7.用三位数码管显示速度档位或者步数，用两个LED分别指示电机转向和运行方式；8.各种操作用按键来输入，操作方便；可靠性高。
基于单片机的步进电机转速控制器的设计的开题报告
[2]秦曾煌.电工学[M] .北京:高等教育出版社,1999.
[3]常斗南,等.可编程序控制器原理、应用、实验[M] .北京:机械工业出版社,1998.
[4]于海生,等.微型计算机控制技术[M] .北京:清华大学出版社,1999.
[5]王福瑞,等.单片机微机测控系统设计大全[M] .北京:北京航空航天大学出版社,1998.
设计（论文）
题目
基于单片机的步进电机转速控制器的设计
设计（论文）
类型（划“√”）
工程设计
应用研究
开发研究
基础研究
其它
√
一、本课题的研究目的和意义
步进电机已成为出直流电机和交流电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，在人类的生活和生产进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入电气化时代的今天，传统电动机已不能满足工业自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。发展了一系列新的具有控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的就是步进电机。
[14]王润孝,秦现生编著1机床数控原理与系统1西北工业大学出版社,1997.
[15]李伯成,侯伯李等编1IBM - PC微机应用系统设计1西安电子科技大学,1996.
[16]黄义源主编1机械设备电气与数字控制1中共广播电视大学出版社,1992
[17]Bai You'ai He JianDe Chen Qing (et al) Effects of nitrogen supply levels on greenhouse tomato growth and nitrogen utilization in Beijing Region.ChinaVegetables.InstituteofVegetablesand Flowers,Beijing,China: 2004. 2,7-9.
[3]常斗南,等.可编程序控制器原理、应用、实验[M] .北京:机械工业出版社,1998.
[4]于海生,等.微型计算机控制技术[M] .北京:清华大学出版社,1999.
[5]王福瑞,等.单片机微机测控系统设计大全[M] .北京:北京航空航天大学出版社,1998.
设计（论文）
题目
基于单片机的步进电机转速控制器的设计
设计（论文）
类型（划“√”）
工程设计
应用研究
开发研究
基础研究
其它
√
一、本课题的研究目的和意义
步进电机已成为出直流电机和交流电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，在人类的生活和生产进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入电气化时代的今天，传统电动机已不能满足工业自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。发展了一系列新的具有控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的就是步进电机。
[14]王润孝,秦现生编著1机床数控原理与系统1西北工业大学出版社,1997.
[15]李伯成,侯伯李等编1IBM - PC微机应用系统设计1西安电子科技大学,1996.
[16]黄义源主编1机械设备电气与数字控制1中共广播电视大学出版社,1992
[17]Bai You'ai He JianDe Chen Qing (et al) Effects of nitrogen supply levels on greenhouse tomato growth and nitrogen utilization in Beijing Region.ChinaVegetables.InstituteofVegetablesand Flowers,Beijing,China: 2004. 2,7-9.
开题报告：基于单片机与步进电机的驱动接口设计
长江大学工程技术学院毕业设计（论文）开题报告题目名称基于单片机与步进电机的驱动接口设计题目类型系部信息系专业班级自动化60802班学生姓名罗万里指导教师徐爱军辅导教师徐爱军开题报告时间基于单片机与步进电机的驱动接口设计一、研究的课题与选题意义1、课题：基于单片机与步进电机的驱动接口设计2、理论意义：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.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。
3、现实意义：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。
采用低价的单片机控制系统, 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。
二、课题的基本内容：1、利用8051单片机、常用数字逻辑接口器件、ROM、RAM存储器器件、功率驱动器件，设计一个步进电机的单片机控制系统，在了解分析步进电动机工作原理的基础上，设计一种正确有效的步进电机驱动接口，解决步进电机的速度控制问题。
采用Keil uVision2编程，通过Proteus环境仿真，显示控制结果。
2、步进电机工作原理：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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。
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计 开题报告
直线形加减速控制匀加减速控制是指加速度保持不变，速度以线性规律上升或下降。这种控制方法软件实现比较简单，适应于速度变化较大的快速定位，但是这种方法不完全符合步进电机的速度变化规律，所以效果并不是很理想。
指数形加减速控制指数曲线控制是指在加速或减速时，步进电机的速度呈指数曲线变化。在开始时加速度最大，随着时间的推移，加速度逐渐减小，在理想情况下应该减小为零，这种方法符合步进电机的矩频特性，快速响应性能好，升降时间短，但当速度变化较大时平衡性比较差。
6步进电机的调速的实现
步进电机的速度由单片机发送的脉冲频率决定，而脉冲频率可以通过软件延时和硬件定时两种方式实现。通过调用标准延时子程序产生脉冲的方法称软件延时，该法首先设置两个字节作为延时程序的入口地址，再根据需要延时的时间长短给这两个字节赋值，则单片机就会按照设置的延时时间不断地产生脉冲信号控制步进电机转动。软件延时的方法程序简单、思路清晰，而且不占用单片机的硬件资源，但是在延时过程中一直占用着单片机的CPU的宝贵时间，CPU不能处理来自外部传感器的各种事件。通过使用单片机的定时/计数器T0或T1，定时产生脉冲的方法称为硬件定时，该法首先根据定时的时间长短设定定时器的工作模式，然后输入定时器的定时常数，则定时器就会定时溢出，单片机就会每溢出一次就产生一个脉冲信号控制步进电机转动。硬件定时的方法既需要硬件（定时/计数器T0或T1），又需要软件来产生所需频率的脉冲信号，是一种软硬结合的方法，虽然占用了一个定时器，但是提高了CPU的利用率，CPU在定时器没产生溢出时运行其它程序。
2阎石.数字电子技术基础M.清华大学出版社，1983年
3陆心如.数字信号处理原理及应用M.北京:电子工业出版社，1996年6月
4童诗白.模拟电子技术基础M.人民教育出版社，1981年
指数形加减速控制指数曲线控制是指在加速或减速时，步进电机的速度呈指数曲线变化。在开始时加速度最大，随着时间的推移，加速度逐渐减小，在理想情况下应该减小为零，这种方法符合步进电机的矩频特性，快速响应性能好，升降时间短，但当速度变化较大时平衡性比较差。
6步进电机的调速的实现
步进电机的速度由单片机发送的脉冲频率决定，而脉冲频率可以通过软件延时和硬件定时两种方式实现。通过调用标准延时子程序产生脉冲的方法称软件延时，该法首先设置两个字节作为延时程序的入口地址，再根据需要延时的时间长短给这两个字节赋值，则单片机就会按照设置的延时时间不断地产生脉冲信号控制步进电机转动。软件延时的方法程序简单、思路清晰，而且不占用单片机的硬件资源，但是在延时过程中一直占用着单片机的CPU的宝贵时间，CPU不能处理来自外部传感器的各种事件。通过使用单片机的定时/计数器T0或T1，定时产生脉冲的方法称为硬件定时，该法首先根据定时的时间长短设定定时器的工作模式，然后输入定时器的定时常数，则定时器就会定时溢出，单片机就会每溢出一次就产生一个脉冲信号控制步进电机转动。硬件定时的方法既需要硬件（定时/计数器T0或T1），又需要软件来产生所需频率的脉冲信号，是一种软硬结合的方法，虽然占用了一个定时器，但是提高了CPU的利用率，CPU在定时器没产生溢出时运行其它程序。
2阎石.数字电子技术基础M.清华大学出版社，1983年
3陆心如.数字信号处理原理及应用M.北京:电子工业出版社，1996年6月
4童诗白.模拟电子技术基础M.人民教育出版社，1981年
最新基于单片机步进电机控制系统设计毕业设计开题报告
基于单片机步进电机控制系统设计毕业设计开题报告邮电与信息工程学院毕业设计(论文)开题报告学生姓名：李XX学号：0841020000专业：机械设计制造及其自动化设计(论文)题目：基于单片机的步进电机控制系统的设计指导教师: 章XX2012 年 3 月 1 日1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文献综述一．步进电机控制系统研究背景步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。
因此非常适合单片机控制。
步进电机作为控制执行元件，是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和精密机械等领域。
例如，在仪器仪表，机床设备以及计算机的外围设备中（如打印机和绘图仪等），凡需要对转角进行精确控制的情况下，使用步进电机最为理想。
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。
以前的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路，或者集成电路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路，不利于系统的改进升级。
基于微型单片机的控制系统则通过软件来控制步进电机，能够更好地发挥步进电机的潜力。
因此，用微型单片机控制步进电机己经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求。
二．国内外研究步进电机控制系统概况我国数控机械和普通机床的微机改造中大多数均采用开环步进电机控制系统，为了适应一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求，我国改革开放初期研究步进电机细分驱动技术，细分驱动是指在每次脉冲切换时，不是将绕组的全部电流通入或切除，而是只改变相应绕组中电流的一部分，电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分。
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单片机有两种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的将程序存储器和数据存储器合用一个存储空间的结构，称为普林斯顿结构或称为冯诺依曼结构。另一种是将程序和数据存储器截然分开而分别寻址的结构，称为哈佛（Har-vard）结构。目前的单片机采用哈佛结构的较多。按数据总线的宽度，单片机分为4位、8位、16位以及32位等。
本论文的目的是设计出基于单片机的步进电机控制系统，包括系统硬件和软件的设计，程序的编写和调试以及实物的焊接。以单片机作为控制系统的核心，设计一个控制系统，通过单片机输出不同的脉冲信号，实现电机的不同运行。在实际中，能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并在LED显示器上显示步进电机转速或工作状态。通过介绍系统的软硬件构成及其特点，详细论述了怎样通过单片机控制其输出来控制步进电机的运转，并对应地在数码管上显示出来。还系统地介绍了步进电机的组成、工作原理和控制方法。同时也对单片机进行了简单的介绍。
近些年来，由于步进电机的控制精度不断提高，越来越多有较高控制精度要求的系统也开始采用步进电机，步进电机的应用X围进一步扩大。对于小功率步进电机,一般采用单片机与专用步进电机驱动器联合工作的方式，单片机产生脉冲,控制停启、正反转，变速等,专用步进电机驱动器则进行脉冲环形分配及功率驱动，这种控制方式降低成本,缩小体积,简单方便,易于实现。
发展趋势之二：改圆形电动机为方形电动机。由于电动机采用方型结构，使得转子有可能设计得比圆形大，因而其力矩体积比将大为提高。同样机座号的电动机，方形的力矩比圆形的将提高30percent～40percent。
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）。您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；同时您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。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
总结部分
将功能强大而应用简单的单片机与应用广泛而运行精确的步进电机结合起来，实行单片机对步进电机的有效控制具有很深远的意义，可以通过简单的程序进行复杂的操作，按照我们的要求控制电机的运行。在日常生活中，将两者结合设计的系统应用在有一定要求的实物中，不仅可以节约成本，而且功能完善，安全可靠。虽然步进电机的研究已经很成熟了，然而为了满足工业发展的需要，拥有不同功能的步进电机被不断地创造出来，这就决定了我们要熟练地对电机进行控制。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
二、研究的目的和意义
2.1、研究目的
综合运用所学的《单片机原理与应用》理论知识，通过实践加强对所学知识的理解，具备设计单片机应用系统的能力，以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并在LED显示器上显示步进电机转速或工作状态。
2.2、研究意义
（1）、了解单片机的内部结构、组成，学习单片机的工作原理以及以及内部工作状态，并熟悉在不同时刻，单片机的输入输出情况。
XX师X学院学士学位论文（设计）开题报告
学生XX
方 健
所在院系
机电与控制工程学院
所在班级
0801
指导教师
万里光
学生学号
41
专业方向
电气工程及其自动化
开题时间
2011．12.1
导师职称
讲师
论文题目
基于单片机的步进电机控制系统设计
文献综述：
前言部分
在现代工业和经济生活中，随着工业自动化的发展，电机的应用也越来越广泛，日益成为我们日常生活中不可缺少的一部分，无论是交通工具，还是家用电器都离不开电机的运转。步进电机作为电机的一种，可以靠开路控制做精确的定位，在一些重要的领域有着普通电机不可替代的作用。普遍应用于电脑的外设及工业生产的自动化机具设备中，如NC车床、切割机，此外机器人的各个关节控制也大量的使用步进电机。
步进电机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司、SANYO DENKI和MINEBEA及NPM公司,日本山社等，特别是日本东方公司，无论是电动机性能和外观质量，还是生产手段，都堪称是世界上最好的。现在日本步进电动机年产量（含国外独资公司）近2亿台。
另外的结论是HB型电动机更适合于低速大转矩用途；RM型适用于平稳运行以及转速大于1000r/min的用途；而PM型成本低，在低转速时的振动和高转速时的大转矩方面，三相PM型电动机比两相电动机的性能要好。
因此，当前最有发展前景的当属混合式步进电动机，而混合式步进电动机又向以下四个方向发展：
发展趋势之一：继续沿着小型化的方向发展。随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小，在57、42机座号的电动机应用了多年后，现在其机座号向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士ESCAP公司最近还研制出外径仅10mm的步进电动机。
[5]谭浩强. C 语言设计[M].:清华大学,2005.7
[6]XXX.数字电子技术[M].:大学，2010
[7]赵建领.51单片机开发宝典[M].电子工业,2008
[8]徐益民.步进电机的单片机控制系统的设计[D].XX：XX科技学院,2005
开题报告(的步进电机控制系统设计
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。一般电动机都是连续转动的，而步进电机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。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、频率以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。步进电机已经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。
单片微型计算机简称单片机，又称为微控制器（MCU），就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、输入输出（I/O）接口电路、中断、串行通信接口等主要计算机部件集成在一块芯片上，组成单片微型计算机。它的出现是计算机发展史上的一个重要里程碑，它以体积小、功能全、性价比高等诸多优点而独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一。经过20多年的推广与发展，51系列单片机形成了以个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用，51单片机的发展又进入了以个新的阶段。许多专用功能芯片的内核集成了51单片机，与51系列单片机兼容的微控制器以IP核的方式不断地出现在FPGA的片上系统中。近年来，基于51单片机的嵌入式实时操作系统的出现与推广，表明了51系列单片机在今后的许多年中依然会活跃如故，而且在很长一段时间中将占据嵌入式系统产品的低端市场。
3.2、发展趋势与主攻方向
步进电动机的发展与计算机工业密切相关。自从步进电机在计算机外围设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动机的发展。另一方面，微型计算机和数字控制技术的发展，又将作为数控系统执行部件的步进电动机推广应用到其他领域，如电加工机床、小功率机械加工机床、测量仪器、光学和医疗仪器以及包装机械等。
3.1、国内外现状
步进电机最早是在1920年由英国人所开发，1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已经广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得做多。步进电机作为执行元件，是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，在各个国名经济领域都有应用。
步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）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。
任何一种产品成熟的过程，基本上都是规格品种逐步统一和简化的过程。现在，步进电动机的发展已归结为单段式结构的磁阻式、混合式和爪极结构的永磁式三类。爪极电机价格便宜，性能指标不高，混合式和磁阻式主要作为高分辨率电动机，由于混合式步进电动机具有控制功率小，运行平稳性
本论文的目的是设计出基于单片机的步进电机控制系统，包括系统硬件和软件的设计，程序的编写和调试以及实物的焊接。以单片机作为控制系统的核心，设计一个控制系统，通过单片机输出不同的脉冲信号，实现电机的不同运行。在实际中，能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并在LED显示器上显示步进电机转速或工作状态。通过介绍系统的软硬件构成及其特点，详细论述了怎样通过单片机控制其输出来控制步进电机的运转，并对应地在数码管上显示出来。还系统地介绍了步进电机的组成、工作原理和控制方法。同时也对单片机进行了简单的介绍。
近些年来，由于步进电机的控制精度不断提高，越来越多有较高控制精度要求的系统也开始采用步进电机，步进电机的应用X围进一步扩大。对于小功率步进电机,一般采用单片机与专用步进电机驱动器联合工作的方式，单片机产生脉冲,控制停启、正反转，变速等,专用步进电机驱动器则进行脉冲环形分配及功率驱动，这种控制方式降低成本,缩小体积,简单方便,易于实现。
发展趋势之二：改圆形电动机为方形电动机。由于电动机采用方型结构，使得转子有可能设计得比圆形大，因而其力矩体积比将大为提高。同样机座号的电动机，方形的力矩比圆形的将提高30percent～40percent。
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）。您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；同时您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。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
总结部分
将功能强大而应用简单的单片机与应用广泛而运行精确的步进电机结合起来，实行单片机对步进电机的有效控制具有很深远的意义，可以通过简单的程序进行复杂的操作，按照我们的要求控制电机的运行。在日常生活中，将两者结合设计的系统应用在有一定要求的实物中，不仅可以节约成本，而且功能完善，安全可靠。虽然步进电机的研究已经很成熟了，然而为了满足工业发展的需要，拥有不同功能的步进电机被不断地创造出来，这就决定了我们要熟练地对电机进行控制。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
二、研究的目的和意义
2.1、研究目的
综合运用所学的《单片机原理与应用》理论知识，通过实践加强对所学知识的理解，具备设计单片机应用系统的能力，以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并在LED显示器上显示步进电机转速或工作状态。
2.2、研究意义
（1）、了解单片机的内部结构、组成，学习单片机的工作原理以及以及内部工作状态，并熟悉在不同时刻，单片机的输入输出情况。
XX师X学院学士学位论文（设计）开题报告
学生XX
方 健
所在院系
机电与控制工程学院
所在班级
0801
指导教师
万里光
学生学号
41
专业方向
电气工程及其自动化
开题时间
2011．12.1
导师职称
讲师
论文题目
基于单片机的步进电机控制系统设计
文献综述：
前言部分
在现代工业和经济生活中，随着工业自动化的发展，电机的应用也越来越广泛，日益成为我们日常生活中不可缺少的一部分，无论是交通工具，还是家用电器都离不开电机的运转。步进电机作为电机的一种，可以靠开路控制做精确的定位，在一些重要的领域有着普通电机不可替代的作用。普遍应用于电脑的外设及工业生产的自动化机具设备中，如NC车床、切割机，此外机器人的各个关节控制也大量的使用步进电机。
步进电机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司、SANYO DENKI和MINEBEA及NPM公司,日本山社等，特别是日本东方公司，无论是电动机性能和外观质量，还是生产手段，都堪称是世界上最好的。现在日本步进电动机年产量（含国外独资公司）近2亿台。
另外的结论是HB型电动机更适合于低速大转矩用途；RM型适用于平稳运行以及转速大于1000r/min的用途；而PM型成本低，在低转速时的振动和高转速时的大转矩方面，三相PM型电动机比两相电动机的性能要好。
因此，当前最有发展前景的当属混合式步进电动机，而混合式步进电动机又向以下四个方向发展：
发展趋势之一：继续沿着小型化的方向发展。随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小，在57、42机座号的电动机应用了多年后，现在其机座号向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士ESCAP公司最近还研制出外径仅10mm的步进电动机。
[5]谭浩强. C 语言设计[M].:清华大学,2005.7
[6]XXX.数字电子技术[M].:大学，2010
[7]赵建领.51单片机开发宝典[M].电子工业,2008
[8]徐益民.步进电机的单片机控制系统的设计[D].XX：XX科技学院,2005
开题报告(的步进电机控制系统设计
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。一般电动机都是连续转动的，而步进电机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。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、频率以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。步进电机已经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。
单片微型计算机简称单片机，又称为微控制器（MCU），就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、输入输出（I/O）接口电路、中断、串行通信接口等主要计算机部件集成在一块芯片上，组成单片微型计算机。它的出现是计算机发展史上的一个重要里程碑，它以体积小、功能全、性价比高等诸多优点而独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一。经过20多年的推广与发展，51系列单片机形成了以个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用，51单片机的发展又进入了以个新的阶段。许多专用功能芯片的内核集成了51单片机，与51系列单片机兼容的微控制器以IP核的方式不断地出现在FPGA的片上系统中。近年来，基于51单片机的嵌入式实时操作系统的出现与推广，表明了51系列单片机在今后的许多年中依然会活跃如故，而且在很长一段时间中将占据嵌入式系统产品的低端市场。
3.2、发展趋势与主攻方向
步进电动机的发展与计算机工业密切相关。自从步进电机在计算机外围设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动机的发展。另一方面，微型计算机和数字控制技术的发展，又将作为数控系统执行部件的步进电动机推广应用到其他领域，如电加工机床、小功率机械加工机床、测量仪器、光学和医疗仪器以及包装机械等。
3.1、国内外现状
步进电机最早是在1920年由英国人所开发，1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已经广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得做多。步进电机作为执行元件，是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，在各个国名经济领域都有应用。
步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）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。
任何一种产品成熟的过程，基本上都是规格品种逐步统一和简化的过程。现在，步进电动机的发展已归结为单段式结构的磁阻式、混合式和爪极结构的永磁式三类。爪极电机价格便宜，性能指标不高，混合式和磁阻式主要作为高分辨率电动机，由于混合式步进电动机具有控制功率小，运行平稳性