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基于proteus的步进电机仿真

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基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计最终版 -精品

基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计最终版 -精品

计算机控制技术课程设计报告《基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计》专业及班级______ 09自动化（1）班_________ 姓名_____ 吴红田坤王林指导老师_______ 丁健______________完成时间_______ _ 2012-6-17__________________一、步进电机原理、控制技术及其特点 (3)（1）换相顺序的控制 (3)（2）步进电机的换向控制 (3)（3）步进电机的速度控制 (3)（4）步进电机的起停控制 (4)（5）步进电机的加减速控制 (4)（6）步进电机的换向控制 (4)二、元器件介绍 (5)（1）步进电机 (5)（2）89C51单片机 (7)（3）L297介绍 (7)（4）L298简介 (11)三、方案论证 (13)四、硬件设计 (14)（1）控制电路 (14)（2）驱动电路 (15)（3）显示模块 (16)（4）总体电路图 (16)五、软件设计 (17)（2）定时中断设计 (17)（3）外部中断设计 (17)六、源程序代码 (19)七、总结 (23)基于protues的步进电机控制系统设计摘要：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。

基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计

基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计
第 29 卷 第 6 期 2010 年 6 月
实验室研究与探索
RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY
Vol. 29 No. 6 Jun. 2010
基于 Proteus理系，陕西 汉中 723000）
摘 要：设计了一种步进电机控制系统，使用 C51 单片机控制 4 相步进电机，由单片机产生驱动 脉 冲 信
Simulation Design of Step Motor Controlling System Based on Proteus
LU Chao （ Department of Physics，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，China）
电机系统，由单 片 机 产 生 驱 动 脉 冲 信 号，步 进 电 机 的 驱 动 器 收 到 驱 动 脉 冲 信 号 后 ，步 进 电 机 将 会 按 照 设 定 的方向转 动 一 个 固 定 的 方 向，将 电 脉 冲 转 化 成 角 位 移 。 电 机 的 转 速 由 脉 冲 信 号 频 率 来 控 制 决 定 ，可 以 通 过 控 制 脉 冲 的 个 数 来 控 制 角 位 移 量 ，从 而 达 到 调 速 的 目的。系统框图如图 1 所示。
CW /CCW：电机旋转方向控制。 CLOCK ：步 进 时 钟 脉 冲 ，信 号 的 上 升 沿 触 发 。 HALF / FULL：高电平，HALF 有效，四相 8 拍；低电 平，FULL 有 效，四 相 单 4 拍 （ translator 为 偶 数 状 态 ） ； 低电平，FULL 有 效，四 相 双 4 拍 （ translator 为 奇 数 状 态）。 RSTET：复位 到 HOME 初 始 状 态 （ STATE = 1，ABCD = 0101） 。 用 L297 输出信 号 可 控 制 L298 双 H 桥 驱 动 集 成 电路，用 来 驱 动 电 压 为 46 V，每 相 电 流 为 2. 5 A 以 下 的步进电动 机。 L297 也 可 用 来 控 制 由 达 林 顿 晶 体 管 组 成 的 分 立 电 路 ，驱 动 更 高 电 压 、更 大 电 流 的 步 进 电 动 机。此器件的特性是 只 需 要 时 钟、方 向 和 模 式 输 入 信 号。相位是由内部产 生 的，因 此 可 减 轻 微 处 理 机 和 程 序设计的负担。L297 主 要 由 译 码 器、2 个 固 定 斩 波 频 率的 PWM 恒流斩波器以及输出逻辑控制组成。其核 心是脉冲分配器，它产生 3 种相序信号，对应于 3 种不 同的工作方式，即：①半步方式（ HALFSTEP，半 步 ） ；② 基本步距（ FULLSTEP，整 步 ） 一 相 激 励 方 式；③ 基 本 步 距两相激励方式。脉 冲 分 配 器 内 部 是 1 个 3 bit 可 逆 计数器，加上一些组合逻辑，产生每周期 8 步格雷码时 序信号，这 也 就 是 半 步 工 作 方 式 的 时 序 信 号。 此 时 HALF / FULL 信号 为 高 电 平。 若 HALF / FULL 取 低 电 平，得到基 本 步 距 工 作 方 式，即 4 步 工 作 方 式。 L297

基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计

基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计
CW /CCW：电机旋转方向控制。 CLOCK ：步 进 时 钟 脉 冲 ，信 号 的 上 升 沿 触 发 。 HALF / FULL：高电平，HALF 有效，四相 8 拍；低电 平，FULL 有 效，四 相 单 4 拍 （ translator 为 偶 数 状 态 ） ； 低电平，FULL 有 效，四 相 双 4 拍 （ translator 为 奇 数 状 态）。 RSTET：复位 到 HOME 初 始 状 态 （ STATE = 1，ABCD = 0101） 。 用 L297 输出信 号 可 控 制 L298 双 H 桥 驱 动 集 成 电路，用 来 驱 动 电 压 为 46 V，每 相 电 流 为 2. 5 A 以 下 的步进电动 机。 L297 也 可 用 来 控 制 由 达 林 顿 晶 体 管 组 成 的 分 立 电 路 ，驱 动 更 高 电 压 、更 大 电 流 的 步 进 电 动 机。此器件的特性是 只 需 要 时 钟、方 向 和 模 式 输 入 信 号。相位是由内部产 生 的，因 此 可 减 轻 微 处 理 机 和 程 序设计的负担。L297 主 要 由 译 码 器、2 个 固 定 斩 波 频 率的 PWM 恒流斩波器以及输出逻辑控制组成。其核 心是脉冲分配器，它产生 3 种相序信号，对应于 3 种不 同的工作方式，即：①半步方式（ HALFSTEP，半 步 ） ；② 基本步距（ FULLSTEP，整 步 ） 一 相 激 励 方 式；③ 基 本 步 距两相激励方式。脉 冲 分 配 器 内 部 是 1 个 3 bit 可 逆 计数器，加上一些组合逻辑，产生每周期 8 步格雷码时 序信号，这 也 就 是 半 步 工 作 方 式 的 时 序 信 号。 此 时 HALF / FULL 信号 为 高 电 平。 若 HALF / FULL 取 低 电 平，得到基 本 步 距 工 作 方 式，即 4 步 工 作 方 式。 L297

基于Proteus的步进电机闭环控制仿真

基于Proteus的步进电机闭环控制仿真

本科毕业设计论文题目基于Proteus的步进电机闭环控制仿真毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

基于PROTUES的单片机步进电机速度控制系统的设计与仿真

基于PROTUES的单片机步进电机速度控制系统的设计与仿真

前言步进电机成为执行元件,是机电一体化的重要产品其一,频繁使用在种种自动化操控系统中。

伴随微型电力电子和计算机技术的扩展,步进电机的需求量不断增加,在每一个国民经济地方都有使用。

最近几年来，伴随数字电子技术与微操控器的迅速崛起。

从而使得步进电机被频繁用于诸多运动操控中使用，这是因为数字输入性能的步进电机允许它连接到任何数字操控器。

在步进电机的操控的电路中能够根据操控脉冲信号个数来操控角位移量,所以实现准确定位的最终结果; 因为步进电机每次输入一个脉冲信号就可以转动一个固定的角位移，简单的说一个脉冲信号与一个固定角位移是一一对应关系。

这样就能够根据操控步进电机的任意两个连续脉冲信号的时间间隔来更改脉冲信号的频率，通过控制时间延时长短来操控步进角从而间接更改步进电机旋转的速度，最后达到实现步进电机的调节速度的效果。

步进电机能够成为一种操控用的特种电机,根据其没有积累的误差(精度为100%)的特性,频繁使用在种种开环操控。

伴随微型电力电子和计算机技术的扩展，步进电机的需求和日俱增，研究制造步进电机驱动器和操控系统具备非常重要的意义。

第1章绪论第一节单片机控制步进电机的背景与意义步进电机是根据操控脉冲信号个数来间接操控角位移量，最后实现准确定位的最终结果；它是一种电机一体化系统在增量运动转换成发散的数字信号输入的机械运动。

步进电机轴或者主轴旋转发散一步增量时，命令脉冲信号使用在适当的序列转子旋转固定一步取决于其建设。

较直流电机步进电机有诸多优势，即低摩擦，寿命长，使用的轴承极其稳定，由于没有接触刷和减少转子散热，并且根据其没有积累误差(精度为100%)的特性,频繁使用在种种开环操控系统。

步进电机能够成为一种操控用的特种电机。

它被成为最常用的一种电机，频繁使用在数控机床、机器人、自动化仪表等地方。

步进电机有3种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）。

步进电机是通过用电脉冲信号进行操控的，通俗的说：步进电机的位置和速度由脉冲信号数和频率决定。

基于proteus步进电机仿真及程序

基于proteus步进电机仿真及程序

proteus中的步进电机有两种，六线制(MOTOR-STEPPER)和四线制(MOTOR-BISTEPPER)，六线制的左右中间两根线接电源，任然剩下四根，但的顺序和四线制的不同，见下图。

注意a,b,c,d的顺序在实际情况中，单片机是不能直接拖动步进电机的，需用ULN2003这样的器件两个步进电机都是四相电机。

如果用四拍：那么P2输出的(顺时针）顺序就是：0x03,0x06,0x0c,0x09a 1 0 0 1b 1 1 0 0c 0 1 1 0d 0 0 1 1如果用八拍：那么P2输出的(顺时针）顺序就是：0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09a 1 1 0 0 0 0 0 1b 0 1 1 1 0 0 0 0c 0 0 0 1 1 1 0 0d 0 0 0 0 0 1 1 1给一个测试八拍的仿真程序：1.#include<reg52.h>2.3.main(){4.while(1){5.unsigned int i,j,k;6.for(k=0;k<255;k++){7.for(i=0;i<75;i++)8.for(j=0;j<255;j++);9.P2=0x01;10.for(i=0;i<75;i++)11.for(j=0;j<255;j++);12.P2=0x03;13. for(i=0;i<75;i++)14.for(j=0;j<255;j++);15.P2=0x02;16.17. for(i=0;i<75;i++)18.for(j=0;j<255;j++);19.P2=0x06;20.for(i=0;i<75;i++)21.for(j=0;j<255;j++);22.P2=0x04;23.for(i=0;i<75;i++)24.for(j=0;j<255;j++);25.P2=0x0c;26. for(i=0;i<75;i++)27.for(j=0;j<255;j++);28.P2=0x08;29.30. for(i=0;i<75;i++)31.for(j=0;j<255;j++);32.P2=0x09;33.34.35.}36. }37.}。

基于上位机和Proteus的步进电机仿真控制系统设计

基于上位机和Proteus的步进电机仿真控制系统设计

基于上位机和 Proteus 的步进电机仿真控制系统设计摘要：本文介绍了基于上位机和Proteus的步进电机仿真控制系统的设计方案。

该方案是以单片机80C51为核心，通过ULN2003A 驱动步进电机，再结合上位机和Proteus仿真系统，实现对步进电机的有效控制。

关键词：51单片机；上位机；步进电机随着科学技术的不断发展，计算机科学技术已被广泛应用于各行各业中，多数电气设备的运行都离不开电机的拖动，而步进电机是常用于过程控制和及仪表中的控制元件之一。

因其控制系统具有结构简单、功能强大、性能稳定、价格低廉等诸多优点，在数控机床、自动化包装、电动阀门、医疗设备等方面有着广泛而深入的应用。

步进电机具有以下优点：结构部件少，没有电刷，在较宽范围内进行速度平滑调节；步进电动机速度不受负载变化的大小的影响，具有快速启停、易于调整、停止时能自锁等特点。

因此，笔者设计了一种基于上位机和Proteus的步进电机仿真控制系统，可以实现上位机和单片机对步进电机正转、反转和停止的控制，在教学和实际应用中有一定的参考价值。

1 总体设计方案本系统采用的主控制单元是美国STC公司最新推出的51内核的高性能微处理器STC89C52，与供电模块、电机驱动模块、按键输入模块、通信模块等外围电路及以python中Tkinter编写的上位机一起构成了基于上位机和Proteus的步进电机仿真控制系统。

该系统具有以下主要功能：①在上位机界面实现，用虚拟按键对步进电机的正转、反转和停止控制；②在Proteus界面，用按键实现对步进电机的正转、反转和停止控制；③在Proteus界面，实现上位机按键和Proteus界面按键控制的切换；④在上位机界面和Proteus界面显示步进电机启停状态。

⑤上位机和51单片机通过串口进行通信。

系统框架如图1所示。

本设计包含硬件设计和软件设计两部分。

图1 系统框图2 硬件设计Proteus的步进电机仿真控制系统硬件电路图如图2所示。

基于Proteus的步进电机闭环控制的仿真

基于Proteus的步进电机闭环控制的仿真

Component”窗口，并在“Program File”中添加 生成的
.HEX 文件路径。
（3）单击原理图中的运行按钮，进行仿真，在工具
图 4 设定值非 8 的整数倍时各路脉冲信号
栏 中 的 Virtual Instruments Mode 处 添 加 OSCILO47
第 31 卷第 02 期 2010 年 02 月
用另一个定时器计反馈脉冲数。 软件总体包括三部
分：主循环程序、中断服务子程序以及其他相应服
务子程序（包括键盘、LCD 显示、延时、PID 控制 、驱
动子程序）。
在连续控制过程中，采用增量式数字 PID 程序
对脉冲输出进行控制，此算法结构简单，参数易于
调整。
增量式数字 PID 的数学表达式为
△u(k)=A1e(k)-A2e(k-1)+A3e(k-2)
关键词： 步进电机； Proteus； 光电编码器； PID； 光耦 中图分类号： TM341； TP391 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2010）02 － 0046 － 03
Proteus-based Closed-loop Control of Stepper Motor Simulation
第 31 卷第 02 期 2010 年 02 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.31No.02 Feb. 2010
基于 Proteus 的步进电机闭环控制的仿真
潘万平， 徐 刚， 张劲松 （齐齐哈尔大学 通信与电子工程学院， 黑龙江 齐齐哈尔 161006）
摘 要： 基于 Proteus 拥有齐全的元件库和强大的电路分析实物仿真功能，提出了用于步进电 机闭环自动控制系统的方法。 以 AT89C52 芯片为微处理器，L297 和 L298 芯片驱动步进电机，利用 光电编码器原理设计反馈电路，形成闭环。 用 C 语言编程，设计扰动，模拟外界干扰，应用 PID 算 法，利用 LCD 显示，比较设定值与反馈值，实现位置反馈闭环控制系统的仿真。

基于Protues的步进电机控制系统仿真设计

基于Protues的步进电机控制系统仿真设计

基于Protues的步进电机控制系统仿真设计.计算机控制技术课程设计报告《基于Protues的步进电机控制系统仿真设计》姓名:学号:专业: 自动化(1)班授课老师: 老师日期: 2013/6/20目录引言 ...................................................... 1 1设计电源 ................................................ 1 2.四项步进电机 (1)2.1步进电机 ................................................. 1 ..2.2步进电机的控制 (1)2.3步进电机的工作过程 ....................................... 1 3电路图设计 . (2)3.1AT89c52的概述 (2)3.2最小系统 (2)3.3复位电路 (2)3.4控制电路 (3)3.5电机驱动电路 ............................................. 3 4程序设计 (3)4.1 主程序框图 (3)4.2 步进电机速度控制程序框图 (4)4.3 控制开关输入程序框图 ................................... 5 5结束语 .................................................. 6 [参考文献] ................................................ 7 附录A 源程序 ............................................. 8 附录B ................................................... 10 ..引言通过控制AT89c52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。

基于PROTEUS的单片机对步进电机运动控制仿真

基于PROTEUS的单片机对步进电机运动控制仿真

Value Engineering 表2元件清单序号标号型号所在库名称序号标号型号所在库名称123456R1RP1C1C2C3U110k 4K733pf 33pf 10uF 74LS244Resistors Resistors Capacitors Capacitors Capacitors 74LS series7891011～1819U2U3U7X1K1-K8K974LS273L298AT89C5112MHZ方向速度按钮复位按钮74LS series Analog ICs Microprocessor ICsMiscellaneous Switches&RelaysSwitches&Relays 0引言步进电动机是一种将数字式电脉冲信号转换成机械角位移的机电信号，它的机械角位移与输入的数字脉冲信号有着严格的对应关系：即一个脉冲信号可以使步进电动机前进一步。

步进电动优点多，如可以直接实现数字控制，控制性能好，无摩擦，抗干扰能力强，误差不长期积累，具有自锁能力和保持转矩的能力。

在数控机床、医疗器械、仪器仪表、机器人等设备中得到了广泛的应用。

由于它是一种用脉冲控制的电机，利用单片机的四个8位可编程I/O 口很容易实现对步进电机的控制。

1四相步进电机的控制原理1.1控制要求：①能对转速和步数进行控制；②可实现电机的正反转控制。

1.2转速和步数的控制单四拍也叫一相励磁，特点是精度好，功耗小，但输出转矩小，振动较大。

步距角等于电机标称的步距角；双四拍也叫二相励磁，特点是输出转矩大，振动小，但功耗大。

步距角等于电机标称的步距角；除此之外还有一二相励磁，特点是分辨率高，运转平滑。

步距角为电机标称的1/2。

本文对双四拍进行介绍，步进电机的转速取决于输入的脉冲频率。

从图1可以看出，当改变输入脉冲的周期时，ABCD 四相绕组高低电平的宽度将发生变化。

这就导致通电和断电变化的速率发生变化，使电机转速发生变化。

基于“Proteus仿真”的步进电机控制系统的设计

基于“Proteus仿真”的步进电机控制系统的设计

序 ，否 则 将 出 现 程 序 混 乱 。C 1 和 R 1 的取值将 改 变 复 位 时间长短，STC89C5 8 单片机的复位信号为高电平有 效 ，在 上电瞬间，电 容 C 1 两端的 电 压 不 能 发 生 突 变 ，故 此 时 R S T 的电平为高，维持一段 时 间 （2 个 机 器 周 期 ）， 单片机进人复位状态，在 电 阻 R 1 的作用下，电 容 C1 被 充 电 ，随着时间的推移,R S T 电 位 逐 渐 降 低 ，直至电容 C1 充 满 电 ，此 时 R S T 为 低 电 平 ，单 片 机 复 位 完 成 ，进人 运行状态。
图 5 按键模块
\ ____________^
图 6 按键的机械抖动
图 Байду номын сангаас 按键流程图
2016年 12月
基 于 “Proteus仿真”的步进电机控制系统的设计
30 P
*
C：
r X 1曾
X1
| 12M
组 端 口 有 8 位 引 脚 ，根 据 硬 件 的 需 要 还 可 扩 展 P4 端
口；具 有 32K F la s h 和 1280字 节 的 R A M ，程序存储器空 间 较 大 ，可 以 为 以 后 程 序 升 级 留 下 存 储 空 间 ;处 理 器 内
2016年 12月
基 于 “Proteus仿真”的步进电机控制系统的设计
89
基 于 “P r o te u s 仿 真 ”的 步 进 电 机 控 制 系 统 的 设 计
王敏张春香
(江西旅游商贸职业学院，江 西 南 昌 330100)
摘 要 : 步进电机作为执行部件在现代化工业系统中被大量使用，特别在一些需要精 确 定 位 的 场 合 。本 项 目 主 要 设 计 一 套 步 进 电 机 控 制 系 统 ，可 以 实 现 步 进 电 机 在 规 定 的 时 间完成规定的圈数，若 采 用 传 统 的 设计方法:先设计好硬件电路的P C B 板,把电子元器件 安 装 到 P C B 板 ，再来设计系统软件，这样设计 周 期 将 变 长 ，且如果硬件电路在设计过程中 需要修改，将会带来非常大的麻烦，为了解决这一问题，我 们 在 设 计 中 引 人 “P m te u s 仿 真 ” 技 术 ，硬件的设计将在“P ro te u s 仿 真 ”平 台 完 成 ，可 以 随 时 修 改 ，待 定 型 后 再 设 计 P C B 板 ， 对本项目的设计将起到事半功倍的效果。

基于proteus的电机仿真

基于proteus的电机仿真

基于proteus的电机仿真1 引言步进电机在简单的开环工作方式下能够达到相当高的定位精度，且低速运行时又可输出很大的转矩，因此在运动控制中得到了广泛的应用[1]。

PC 机步进电机控制系统，应用于多个领域如数控机床、机器人、激光加工设备等各种仪器设备。

一个完整的PC 机步进电机控制系统，下位机与PC 机构成主从式控制结构：PC 机负责人机交互界面的管理，包括键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送等部分工作；下位机完成运动控制的所有细节，包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理等部分工作。

实际下位机开发过程复杂，主体包含硬件电路设计和控制程序设计两方面。

控制程序设计过程需要软件调试、硬件调试、系统调试 3 个过程。

软件调试一般比较容易进行，但如果要进行牵涉硬件的硬件调试或系统调试，包括元器件选用、PCB 板制作、元器件焊接、程序烧录环节，其中任一环节的疏漏都可能造成程序调试失真。

通过Proteus 中各虚拟仪器所构建硬件电路，调试所设计程序的控制效果，达到虚拟硬件调试、虚拟系统调试程序的目的，为PC 机步进电机系统开发提供有效的理论实践依据，避免因硬件电路设计过程错误引起的程序异常或硬件实验条件限制影响开发。

Proteus 是英国Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件实现了单片机仿真和SPICE 电路仿真相结合，具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘、LCD、虚拟仪器、示波器、逻辑分析仪系统仿真的功能；支持主流单片机系统的仿真功能；在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态；支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil uVision2、MTLAB 等软件。

由于Proteus 软件本身的优良仿真特性，所设计程序能于Proteus 中完成仿真过程的同时，即基本证明了所设计程序的准确性，从而基本完成了系统开发中的控制程序设计部分，并为系统硬件电路设计提供指导意义。

开题报告___基于Proteus的步进电机闭环控制仿真

开题报告___基于Proteus的步进电机闭环控制仿真

西安交通大学XX学院本科毕业设计（论文）开题报告题目基于Proteus的步进电机闭环控制仿真所在系电气与信息工程系学生姓名 XX专业电子信息工程班级电信XXX学号 XXXXXXXX指导老师 XXXX教学服务中心制表2013年3月对题目的陈述1.选题意义与国内外研究现状，主要研究内容及技术方法1.1选题的研究目的及意义在数控系统中，以步进电机作为伺服电机的机床及设备占有相当大的比例，据资统计每年在数控生产和经济型数控机床改造及机器人等领域，有三分之二以上采用的是以步进驱动系统作为伺服控制系统的。

步进系统多采用开环控制，由于步进电机本身的性能及机械结构等因素的影响都可使工作台煽离指令值，使系统的精度降低，因此，有效地提高步进系统的功能，挖掘步进驱动系统的潜力，除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。

与此同时，步进电机还广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机。

喷绘设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公室自动化、机器人等领域。

特别是随着数字化技术的发展，步进电机将在其他领域得到更广泛的使用，因此，如何更好的实现对步进电机的优化控制有着十分重要的意义。

步进电机的主要优点之一是能在开环系统中保证一定的控制精度，但开环系统也具有一些缺点：无法知道步进电机在点位运动的匀速阶段和起动的升速极端是否失步，在步进结束时是否超步，以及由于负载变化而引起的速度变化，尤其当负载转矩较大且有冲击现象时，失步和丢步问题就显得十分突出；从而使步进电机的开环控制的应用受到一定程度的影响；因此，为解决这个问题，研究闭环系统对电动机的控制十分必要。

利用建立的反馈环节对步进电机的工作进行核步和稳速控制，从而可以大大改善开环控制的性能，获得精确的位置控制和在高速下的平稳运行，并具有适应负载变化和改善加速特性的功能。

基于protues步进电机仿真

基于protues步进电机仿真

基于protues的步进电机仿真课程设计专业及班级_____ ____________________ _姓名______ _______________________ 学号___ _______________________________授课老师_______ __ __________ ___ _______完成时间____ ______________ __ ________基于proteus的步进电机仿真摘要步进电机是一种将电脉冲转变为角位移的执行机构，可通过控制脉冲数来控制角位移量。

步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。

它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。

本设计利用proteus仿真软件进行电路仿真，系统通过设置六个按键分别控制步进电机的起止、方向、步进速度，使用1602液晶显示以上参数。

整个系统具有稳定性好，实用性强，操作界面友好等优点。

关键词：proteus仿真步进电机1602一、整体电路分析如下图，整个设计以STC89C51单片机为中心，由复位电路，时钟电路，电机驱动，步进电机，显示电路等组成，硬件模块如图1所示：图1 硬件模块图通过按键进行相应的参数设定，单片机接收到信号后经过判断驱动电机驱动模块，然后由驱动电路驱动步进电机运转，并用LCD显示设置的参数。

二、系统硬件电路选择与设计1、主控器的选择本次主控单元使用C51单片机对整个系统进行控制。

STC89C51RC包含512字节RAM 、32条I/O口线、3个16位定时/计数器、8输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O口（可用于多机通信、I/O扩展或全双工UART）以及片内振荡器和时钟电路。

电路图如下：A B C DS 1S 2S 3S 4D 0D 7D 1D 2D 3D 4D 5D 6R S R WE X T A L 218X T A L 119A L E 30E A31P S E N 29R S T9P 0.0/A D 039P 0.1/A D 138P 0.2/A D 237P 0.3/A D 336P 0.4/A D 435P 0.5/A D 534P 0.6/A D 633P 0.7/A D 732P 1.01P 1.12P 1.23P 1.34P 1.45P 1.56P 1.67P 1.78P 3.0/R X D 10P 3.1/T X D 11P 3.2/I N T 012P 3.3/I N T 113P 3.4/T 014P 3.7/R D17P 3.6/W R 16P 3.5/T 115P 2.7/A 1528P 2.0/A 821P 2.1/A 922P 2.2/A 1023P 2.3/A 1124P 2.4/A 1225P 2.5/A 1326P 2.6/A 1427U1AT89C51图2 单片机最小系统电路图2、步进电机选择步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机。

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（2）步进电机的换向控制
如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转。若步进电机的励磁方式为三相六拍，即A→AB→B→BC→C→CA→A。如果按反序通电换相，A→AC→C→CB→B→BA→A，则电机就反转。其他方式情况类似。
（3）步进电机的速度控制
如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调试。
bit direction=1; //方向标志
基于proteus的步进电机仿真
摘要：步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。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。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。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。
在本次设计方面也非常的感谢丁老师，丁老师孜孜不倦的给我们理论知识的教学，是我们能够很好地理解这方面的知识，对我们的设计也是有很大的帮助。在此对丁老师说声：谢谢！
七
[1]徐薇莉，曹柱中．控制理论与设计[M]．上海：上海交通大学出版社．2003．
[2]黄坚．自动控制原理及其应用[M]．北京：高等教育出版社，2004．
关键词：proteus 仿真四相步进电机 拍数
一、
Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：
①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
sbit K1 = P3^2; //运行与停止
sbit K2 = P3^3; //设定圈数
sbit K3 = P3^4; //方向转换
sbit K4 = P3^5; //速率调整
sbit LCD_RS = P2^0;
sbit LCD_RW = P2^1;
sbit LCD_EN = P2^2;
bit on_off=0; //运行与停止标志
图2单片机最小系统电路图
2、步进电机选择
步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。本设计使用的是四相三拍步进电机，连接图如下：
图3步进电机接线图
图4步进电机驱动电路
4、显示电路
LCD显示模块是把LCD显示屏、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件构造成1个整体作为1个独立部件使用，只留1个接口与外部通信。显示模块通过这个接口接收显示的命令和数据，并按指令和数据的要求进行显示，外部电路通过这个接口读出显示模块的工作状态和显示数据。1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号和日文假名等，每1个字符都有1个固定的代码。用户对模块写入适当的控制命令，即可完成清屏、显示、地址设置等操作。设计采用并行方式控制，LCD与单片机的通讯接口电路采用直连的方法。
（5）步进电机的加减速控制
在步进电机的控制系统中，通过实验发现，如果信号变化太快，步进电机由于惯性跟不上电信号的变化，这时就会产生堵转和失步现象。所有步进电机在启动时，必须有加速过程，在停止时波形有减速过程。理想的加速曲线一般为指数曲线，步进电机整个降速过程频率变化规律是整个加速过程频率变化规律的逆过程。选定的曲线比较符合步进电机升降过程的运行规律，能充分利用步进电机的有效转矩，快速响应性好，缩短了升降速的时间，并可防止失步和过冲现象。在一个实际的控制系统中，要根据负载的情况来选择步进电机。步进电机能响应而不失步的最高步进频率称为“启动频率”，于此类似“停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不冲过目标位置的最高步进频率。电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应，有了这些数据，才能有效地对电机进行加减速控制。加速过程有突然施加的脉冲启动频率f0。步进电机的最高启动频率（突跳频率）一般为0.1KHz到3~4KHz，而最高运行频率则可以达到N*102KHz，以超过最高启动频率的频率直接启动，会产生堵转和失步的现象。
（4）步进电机的起停控制
步进电机由于其电气特性，运转时会有步进感。为了使电机转动平滑，减小振动，可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波，可以减小步进电机的步进角，跳过电机运行的平稳性。在步进电机停转时，为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑，则需采用合适的锁定波形，产生锁定磁力矩，锁定步进电机的转轴，使步进电机转轴不能自由转动。
unsigned char code REV[8]={0xf6,0xf7,0xf3,0xfb,0xf9,0xfd,0xfc,0xfe}; //正转
//unsigned char code FFW[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}; //反转
//unsigned char code REV[8]={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01}; //正转
三
整个设计以STC89C51单片机为中心，由复位电路，时钟电路，电机驱动，步进电机，显示电路等组成，通过按键进行相应的参数设定，单片机接收到信号后经过判断驱动电机驱动模块，然后由驱动电路驱动步进电机运转，并用1602显示设置的参数。硬件模块如图2-1所示：
图1硬件模块图
四
1、主控器的选择
按照题目要求本次主控单元使用C51单片机对整个系统进行控制。STC89C51RC包含512字节RAM、32条I/O口线、3个16位定时/计数器、8输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O口（可用于多机通信、I/O扩展或全双工UART）以及片内振荡器和时钟电路。此外，由于器件采用了静态设计，可提供很宽的操作频率范围（频率可降至0）。可实现两个由软件选择的节电模式、空闲模式和掉电模式。空闲模式冻结CPU，但RAM、定时器、串口和中断系统仍然工作。掉电模式保存RAM的内容，但是冻结振荡器，导致所有其它的片内功能停止工作。由于设计是静态的，时钟可停止而不会丢失用户数据。运行可从时钟停止处恢复。所以该单片机可以满足系统要求，电路图如下：
（6）步进电机的换向控制
步进电机换向时，一定要在电机降速停止或降到突跳频率范围之内在换向，以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个脉冲结束后以及下一个方向的第一个脉冲前发出。对于脉冲的设计主要要求其有一定的脉冲宽度、脉冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了降速→换向→加速3个过程。
3、驱动电路的选择
驱动模块我们使用集成驱动芯片ULN2003，给芯片是高耐压、大电流达林顿管由七个硅NPN达林顿管组成。该电路的特点如下：ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。1脚输入，16脚输出，你的负载接在VCC与16脚之间，不用9脚。电路图如图：
④具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。
二、步进电机原理
（1）换相顺序的控制
通电换相这一过程称为脉冲分配。例如，三相步进电机在单三拍的工作方式下，其各相通电顺序为A→B→C→A，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C相的通断。三相双三拍的通电顺序为AB→BC→CA→AB，三相六拍的通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A。
图6按键接连接图
五
软件流程图
图7系统流程图
六
本次仿真设计是采用模块程序设计，首先是将逐个模块调好以后，再进行系统程序总调试。这样才能保证最终调试的时候不至于发现不了错误。在仿真时时利用仿真软件Proteus及KeilC5l进行调试。设计的整个系统实现了能程序设定和显示步进角、步进方向和步进速度，支持用开关量单独控制步进电机的转向，转速等。在硬件电路方面，设计的简单可靠，控制灵活，成本低，可操作性强。经过仿真、实验验证，本系统对步进电机的各项控制能达到比较理想的效果，具有较高的实用价值。通过此次课程设计，我们不仅将知识融会贯通，能够很好的运用仿真软件，而且在查找资料的过程中也懂得了怎样进行筛选有用的资料，使自己在专业知识方面和动手动脑的能力方面有了很大的提高，让我们学会了理论和实践的有效结合。