毕业设计论文：简述步进电机的特性及其设计选择

摘要本文介绍了单片机控制步进电机的系统。

在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。

本系统的硬件组成主要有：51系列单片机、L298N驱动电路、直流电压源等。

同时对系统设计中所用到的一些软件都进行了介绍。

本系统用51系列单片机和L298N电机驱动芯片并加入了键盘来控制步进电机实现转向、转速等。

系统中使用的是永磁式二相步进电机，相应的驱动和控制电路对于其整体性能起着非常重要的作用。

经系统调试，能够很好的控制步进电机的正反转、加减速、急停，从而达到预期目的。

整个系统具有结构简单、可靠性高、成本低和实用性强等特点，具有较高的通用性和应用推广价值。

关键词：51系列单片机；L298N驱动电路；正反转；急停AbstractThis paper, we introduces a stepper motor system which controlled by SCM. In the Electrical era today, Motor has been playing a very important role in the modernization of production and life. Stepper motor is a common used implementing agency in motor control. The principle is by switching the coil current and the order in its each phase to make a step-by-step rotary motor. The hardware of the system including: 51 series SCM, L298N driving circuit, DC voltage source , etc. At the same time some of the software that used in system designing are introduced. The system used 51 SCM and L298N motor drive chip and joined the keyboard to control the stepper motor to achieve the direction and speed of rotation, etc. A Permanent Magnet two-phase stepper motor is used in the system. The corresponding drive and control circuit plays a very important role to its overall performance.Though system testing, it can be very convenient to control the stepper motor, such as acceleration , deceleration, exigency stop so as to achieve the desired objectives. The whole system is simple in structure with characteristics of high reliability, low cost and practicality which has a higher universal characteristic and the promotional and applied value.Keywords: 51 SCM; L298N driving circuit; Positive and reversal rotation; Exigency目录1 绪论 (1)1.1技术概述 (1)1.2本课题的背景和意义 (2)1.3本设计完成的工作 (3)2 单片机控制步进电机系统简介 (4)2.1单片机系统概述 (4)2.2AT89C51功能概述 (4)2.2.1引脚功能说明 (5)2.2.2时钟振荡器 (7)2.3步进电机概述 (7)3 常用软件基础知识 (9)3.1C语言程序设计概述 (9)3.1.1C语言出现的历史背景 (9)3.1.2C语言的特点 (10)3.2Keil编译器软件简介 (12)3.2.1使用Keil软件建立一个工程 (13)3.2.2使用Debug进行调试 (17)3.3STC-ISP软件介绍 (19)3.3.1程序烧写过程 (19)4 系统概述及设计 (22)4.1整体结构 (22)4.2系统作用 (22)4.3系统应用 (22)5 硬件设计 (23)5.1硬件设计原则 (23)5.2MCU最小系统电路设计 (23)5.2.1复位电路设计 (24)5.2.2时钟电路设计 (24)5.2.3上拉电阻的作用 (25)5.3L298N驱动电路设计 (25)5.3.1L298N芯片简介 (26)5.3.2MAX-232电路设计 (26)5.3.3MAX-232 芯片简介 (26)5.4 键盘的电路设计 (27)5.4.1 键盘的特性 (27)5.4.2 按键的确认 (27)5.4.3 键盘的工作方式 (28)5.5 电源电路设计 (29)6 软件设计 (30)6.1程序模块 (30)6.1.1中断模块 (30)6.1.2延时模块 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录A 资料翻译 (36)A.1英文资料 (36)A.2中文译文 (45)附录B 程序源码 (52)附录C 系统总体电路图 (57)附录D 实物图 (58)1绪论1.1技术概述在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。

引言步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行元件，由于步进电机具有控制方便、体积小等特点，所以在数控系统、自动生产线、自动化仪表、绘图机和计算机外围设备中得到广泛应用。

微电子学的迅速发展和微型计算机的普及与应用，为步进电动机的应用开辟了广阔前景，使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现，既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性，可靠性及多功能性。

在当今社会的各个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、医疗器件、广告器材、舞台灯光设备、印刷设备、计算机外部应用设备等等。

因此，设计出高精确度、实时监控、语音提示的步进电机具有重要的现实意义和实用价值。

基于单片机的步进电机控制系统，能够有效地对步进电机转速、方向等进行控制。

本设计采用16位单片机AT89S52对步进电机进行控制，通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过驱动芯片驱动步进电机；同时，用按键来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速，1 课题背景步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一，是一种性能良好的数字执行元件，随着计算机应用技术、电子技术和自动控制技术在国民经济各个领域中的普及与深入，步进电机的需求量越练越大。

随着工业技术的不断发展，以及同类产品的不断出现，步进电机面临着前所未有的挑战。

但近30年来，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展，推动步进电机的发展，为步进电机的应用开辟了广阔的前景，近几年来，步进电机需求量一直呈现出较快的增长速度，其中扫描仪、打印机、传真、DVD-ROM/CD-ROM驱动器、空调及多功能自动化办公设备等应用对步进电机的需求增长最强。

此外由于USB2.0的日益流行促进了高分辨率扫描仪的销售，步进电机向着小型、薄型和更小的步进角度发展。

步进电机有着方方面面重要应用，如何对其进行有效控制，使其能够发挥最大的优势是各个行业技术开发人员所共同关注的，本次设计了一套简单的通用控制系统，对步进电机的转速、方向实行手动控制，并能通过数码管显示其转速。

步进电机的工作特点和使用特性摘要: 工作特点步进电机受控于脉冲电流，其输出的角位移严格与输入脉冲的数量成正比，角速度严格与频率成正比，改变通电顺序即可改变电机的转动方向；若维持通电绕组的电流不变，电机便停在某一位置不动，...工作特点步进电机受控于脉冲电流，其输出的角位移严格与输入脉冲的数量成正比，角速度严格与频率成正比，改变通电顺序即可改变电机的转动方向；若维持通电绕组的电流不变，电机便停在某一位置不动，即步进电机具有自锁能力，不需机械制动；有一定的步距精度，没有累积误差；缺点是效率低。

使用特性步距误差步距误差直接影响执行部件的定位精度。

步进电机单相通电时，步距误差决定于定子和转子的分齿精度、各相定子错位角度的精度。

多相通电时，步距角不仅和上述加工装配精度有关还和各相电流的大小、磁路性能等因素有关。

国产步进电机的步距误差一般为±10′～±15′，功率步进电机的步距误差一般为±20′～±25′。

最高启动频率和最高工作频率空载时，步进电机由静止突然启动，并不失步地进入稳速运行，所允许的启动频率的最高值称为最高启动频率。

启动频率大于此值时步进电机便不能正常运行。

最高启动频率fg 与步进电机的惯性负载J 有关，J 增大则fg 将下降。

国产步进电机的fg 最大可超过5000Hz，功率步进电机的fg 一般为1000～3000Hz。

步进电机连续运行时所能接受的最高频率称为最高工作频率它与步距角一起决定执行部件的最大运动速度，也和fg 一样决定于负载惯量J，还与定子相数、通电方式、控制电路的功率放大级等因素有关。

输出的转矩-频率特性步进电机的定子绕组本身就是一个电感性负载，输入频率越高，激磁电流就越小。

另外，频率越高，由于磁通量的变化加剧，以致铁芯的涡流损失加大。

因此，输入频率增高后，输出力矩Md 要降低。

功率步进电机最高工作频率的输出转矩只能达到低频转矩的40%～50%，应根据负载要求参照高频输出转矩来选用步进电机的规格。

毕业设计电机的选择范文大家好！今天来和你们唠唠我毕业设计里电机选择这事儿。

这就好比是给我的设计项目找一个超级给力的心脏，可不能马虎呀。

一、设计需求分析。

我做的这个设计呢，是一个小型的自动化搬运装置。

就像一个小小的勤劳的搬运工，它得在一个不算太大的工作区域里来回穿梭，把一些不太重的小物件从A点搬到B点。

这个搬运装置需要一定的速度，不能慢吞吞的像个小蜗牛，但也不用快得像火箭似的。

而且呢，它得有足够的扭矩来启动和搬运那些小物件，毕竟就算东西不重，也得有劲儿把它们带起来和稳稳地放下呀。

二、电机类型的初步筛选。

1. 直流电机。

我首先就想到了直流电机。

这玩意儿就像是一个直性子的小伙伴，它的转速控制相对比较简单。

我可以通过改变电压就比较容易地调整它的转速。

而且直流电机启动扭矩还不错，对于我的小搬运工来说，启动的时候能比较轻松地把东西带起来。

不过呢，直流电机也有它的小毛病。

它需要一个直流电源，这就意味着我得给它专门配备一个直流电源装置，感觉有点麻烦，就像出门还得专门带个特殊的充电宝似的。

2. 交流电机。

交流电机呢，是个大众款，到处都能见到它的身影。

它的优点是电源方便获取呀，咱日常生活中的交流电就能给它供电，不用再搞特殊化。

但是呢，它的转速控制就没有直流电机那么方便了。

对于我的搬运装置来说，如果不能精准地控制转速，就有可能导致搬运过程中出现问题，比如说速度不均匀，小物件可能就会晃来晃去，像坐过山车似的，那可不行。

3. 步进电机。

步进电机就像是一个按部就班的小工匠。

它可以精确地控制转动的角度和步数，这对于我的搬运装置来说是个很大的诱惑。

我就可以精确地控制搬运装置的移动距离和位置，让它把小物件准确无误地放在指定的地方。

不过呢，步进电机的扭矩相对较小，而且价格也稍微有点贵，就像一个虽然很精致但是有点小贵的小工具。

三、深入对比与抉择。

经过一番纠结之后呢，我还是决定选择直流电机。

虽然它需要额外的直流电源，但是它的转速控制方便和启动扭矩较大这两个优点对于我的小型自动化搬运装置来说更为关键。

步进电机毕业论文步进电机毕业论文引言在现代工业和科技领域，步进电机作为一种重要的电动机类型，广泛应用于各种自动控制系统中。

步进电机以其精准的定位能力和可编程性而受到研究者和工程师们的青睐。

本篇论文旨在探讨步进电机的原理、应用以及未来的发展方向。

一、步进电机的原理步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械运动的电动机。

其工作原理基于磁场的相互作用，通过电流的变化来控制转子的运动。

步进电机通常由定子、转子和驱动电路组成。

定子上的线圈通过电流激励产生磁场，而转子则由磁性材料制成。

当电流通过线圈时，磁场会引起转子的磁性材料发生磁化，从而使转子发生运动。

二、步进电机的应用领域步进电机在各个领域都有广泛的应用。

在工业自动化领域，步进电机常被用于控制机器人的运动和定位，如自动装配线上的零件搬运和组装。

步进电机还被广泛应用于医疗设备、数码相机、打印机等消费电子产品中。

此外，步进电机还被用于纺织机械、印刷机、数控机床等设备中，以实现精确的运动控制。

三、步进电机的优势和局限性步进电机具有许多优势，使其成为许多应用中的首选。

首先，步进电机可以实现非常精确的定位和控制，其转子的位置可以通过控制电流的脉冲数来精确控制。

其次，步进电机具有较高的可靠性和耐用性，由于其结构简单，没有传统电动机中的刷子和换向器，因此减少了故障的可能性。

然而，步进电机也存在一些局限性，例如其最高转速较低，无法适用于高速运动的应用。

此外，步进电机在低速运动时可能会出现共振现象，需要采取相应的措施来避免共振带来的问题。

四、步进电机的未来发展方向随着科技的不断进步，步进电机也在不断发展。

未来，步进电机的发展方向主要集中在提高性能和降低成本上。

一方面，研究者们致力于提高步进电机的转速和精度，以满足更高要求的应用。

另一方面，通过采用新的材料和制造工艺，可以降低步进电机的生产成本，使其更加普及和可接受。

结论步进电机作为一种重要的电动机类型，在各个领域都有广泛的应用。

湄洲湾职业技术学院步进电机说明书系别:自动化工程系年级:10级专业: 电气自动化姓名: 学号:1001020250导师姓名: 李清生职称: 副教授2013年05月27日目录1．前言 (1)2．系统硬件设计参数要求 (2)3．系统整体硬件结构 (3)3.1系统整图 (3)3.2电源部分 (4)3.3按键部分 (4)3.4驱动部分 (5)3.5状态指示部分 (6)3.6时钟部分 (6)参考文献 (7)致谢语参考文献 (8)附录一系统原理总图 (9)附录二系统印刷电路板 (10)附录三元件清单 (11)1.前言随着生产生活的需要，自动化控制越来越起到至关重要的作用。

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。

它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。

本次毕业设计选用的步进电机是四相步进电机，通过软件和硬件的结合实现步进电机的启停、正转、反转、加速、减速功能，并且步进电机所处的状态用相应的发光二极管显示。

主要通过三大块来设计，包括驱动电路的设计、状态显示部分和按键部分是设计。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而精确地控制转动角度；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的角度和加速度，从而达到调速的目的。

2.系统设计参数要求任务：基于单片机控制的步进电机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。

数字化电动机控制技术的发展使电机这个古老的机电能量转换装置得到新的发展和广泛运用，极大的改善了工农业的生产效率，改善了人民的生活水平。

随着高精密加工技术的不断发展，人们对工作台的加工精度提出了越来越高的要求。

而工作台的定位精度是影响其加工精度的主要因素之一，所以如何方便实用的提高对工作台的精确定位成为现在各个方面都在研究的重要课题。

而对于开环和半闭环控制系统，由于开环环节的存在，使得我们在本次研究过程中的定位精度受到了一定的限制，对于工作台的定位精度主要取决于电机的控制精度以及程序控制误差的双重影响，为了达到最大限度的满足两自由度工作台X-Y的精确定位，本设计主要从基于高速脉冲的精确定位出发，以满足和提高现代机床的定位操作，从而满足人们两自由度工作台越来越高的要求。

为了在一定场合取代高成本的定位控制，实现精确定位控制系统最优的性价比，采用西门子S7-200系列PLC作为控制器，通过驱动器控制步进电机运行以实现准确定位。

本设计采用PLC基于高速脉冲的两自由度工作台精确定位控制系统，得出了精确定位控制系统设计与实施的关键，并给出了实现精确定位的控制方案及PLC程序。

这种使用PLC实现的定位方法具有快速、精确、成本低、易于实现的特点，在工业生产中十分实用。

关键词：工作台精确定位 PLC 步进电机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时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”），其旋转以固定的角度运行。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以达到准确定位的目的;同时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而达到调速的目的。

步进电机作为一种控制用的特种电机，因其没有积累误差（精度为100%）而广泛应用于各种开环控制。

可编程序控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。

通过对步进电机定位与PLC 的深入研究，本文提出了利用PLC的高速脉冲输出实现步进电机位置控制功能的有关见解与方法，介绍了步进电机加减速控制原理以及用PLC实现步进电机快速精确定位的方法，给出了位置控制系统方案及软件设计思路，在实验室内运行通过，对于工矿企业实现相关步进电机的精确定位控制具有较高的应用与参考价值随着现代微科技技术的发展，研制定位精度高、测量范围大、运动平面度高的二自由度工作台，即X-Y移动工作台具有重要现实的意义。

基于单片机的步进电机控制设计毕业论文摘要：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，广泛应用在各种自动化控制系统。

本设计以AT89C51单片机为核心，对步进电机进行控制，通过按键实现步进电机正转、反转、加速、减速，并使用LED显示电机速度。

经过PROTEUS仿真和硬件焊接，结果表明，系统实现了要求。

该电路简单，可靠性强，运行稳定。

关键词：AT89C51；ULN2003；LED；步进电机单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

同时用单片机还可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。

另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。

从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。

这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命[2]。

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，随着工业自动化的发展，步进电机的应用也越来越广泛，广泛应用在各种自动化控制系统中。

步进电机是一种用于开环控制的驱动元件。

它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。

《步进电机驱动控制技术及其应用设计研究》篇一一、引言步进电机是一种通过输入脉冲序列来驱动转动的电机，其运动方式为离散化的步进动作。

步进电机广泛应用于精密定位、速度控制以及数字化系统等场景。

本文将针对步进电机驱动控制技术及其应用设计进行研究，深入探讨其原理、特点以及在各个领域的应用。

二、步进电机驱动控制技术原理步进电机主要由定子、转子和驱动器三部分组成。

定子上有多个磁极，转子则由多个磁性材料制成的齿组成。

驱动器根据输入的脉冲序列，控制定子上的电流变化，从而产生旋转磁场，使转子按照一定的方向和角度进行转动。

步进电机驱动控制技术主要包括以下几种：1. 恒流驱动技术：通过恒流源对步进电机进行驱动，保证电机在不同负载和转速下均能保持稳定的运行状态。

2. 微步技术：通过精细控制驱动器的脉冲序列，使步进电机在每个方向上实现微小角度的转动，从而提高电机的定位精度和运行平稳性。

3. 环形分布电流技术：通过对定子上的磁极进行环形分布电流的控制，实现对步进电机的持续运动控制，使得步进电机的转动更为流畅和准确。

三、步进电机驱动控制技术的应用设计步进电机驱动控制技术在各个领域有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 精密定位系统：步进电机的高精度定位能力使得其在精密定位系统中得到广泛应用，如数控机床、精密测量仪器等。

通过微步技术和环形分布电流技术的应用，可以实现高精度的定位和运动控制。

2. 速度控制系统：步进电机在速度控制系统中也有着重要的应用，如打印机、电动阀等。

通过调整脉冲序列的频率和占空比，可以实现对电机转速的精确控制。

3. 数字化系统：步进电机在数字化系统中也有着广泛的应用，如数字标牌、机器人等。

通过将步进电机的运动与数字信号进行映射，可以实现数字化的运动控制和显示功能。

四、应用设计实例分析以数控机床为例，分析步进电机驱动控制技术的应用设计。

数控机床是一种高精度的加工设备，其运动控制系统对加工精度和效率具有重要影响。

前言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。

步进电动机有如下特点：1）步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。

因此，当它转一圈后，没有累计误差，具有良好的跟随性。

2）由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既简单、廉价，又非常可靠，同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。

3）步进电动机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。

4）速度可在相当宽的范围内平稳调整，低速下仍能获得较大转距，因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。

5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，不能直接使用交流电源和直流电源。

6）步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应措施。

国内控制器的研究起步较晚，运动控制技术为一门多学科交叉的技术，是一个以自动控制理论和现代控制理论为基础，包括许多不同学科的技术领域。

如电机技术、电力电子技术、微电子技术、传感器技术、控制理论和微计算机技术等，运动控制技术是这些技术的有机结合体。

总体上来说，国内研究取得很大的进步，但无论从控制器还是从控制软件上来看，与国外相比还是具有一定差距。

而目前国内已有的步进电机驱动器，一般采用高低压驱动方式或者调频调压驱动方式，这些驱动电路仅可实现基本步距的运行，电路构成复杂，而且多由分立元件组成，可靠性不高,还存在运行速度低、缺乏保护电路、驱动效率低和发热损耗大等缺点。