毕业设计(论文)基于AVR单片机的步进电机控制器设计

毕业设计论文基于单片机的步进电机控制器摘要：本文研究了基于单片机的步进电机控制器的设计与实现。

首先介绍了步进电机的原理和特点，然后详细介绍了单片机的选型和控制原理。

接着，设计了一个简单的步进电机控制器电路，并使用C语言编写了相应的控制程序。

最后，通过实际性能测试验证了该步进电机控制器的正常工作。

关键词：单片机、步进电机、控制器、C语言1.引言步进电机是一种适用于许多自动化系统的重要组件，广泛应用于打印机、机床、机器人等设备。

然而，传统的步进电机控制方式往往需要复杂的电路和控制器，使得系统设计和维护困难。

基于单片机的步进电机控制器具有结构简单、易于控制和成本低廉的优点，因此受到了广泛的关注。

2.步进电机控制原理步进电机是一种通过控制电流大小和方向来控制转动角度的电机。

它的转动角度是离散的，可以精确控制。

常见的步进电机包括两相、三相和四相步进电机。

在本设计中，选用了四相步进电机。

3.单片机选型与控制原理为了实现步进电机的控制，需要选取适合的单片机作为控制核心。

在本设计中，选择了XXXX单片机。

该单片机具有高性能、低功耗和丰富的外设接口，非常适合步进电机控制的需求。

单片机的控制原理主要分为两步：生成控制信号和输出电流。

控制信号通过单片机的GPIO口产生，用于控制步进电机的旋转方向和步进距离。

电流的输出通过单片机的PWM输出口产生，用于控制步进电机的转速。

4.步进电机控制器电路设计根据以上原理，本设计设计了一个简单的步进电机控制器电路。

电路主要包括单片机、电源模块、步进电机和相关驱动电路。

其中，单片机和电源模块的连接相对简单，主要是通过电源线和数据线进行连接。

步进电机和驱动电路的连接相对复杂，需要根据步进电机和驱动电路的规格参数进行正确的接线和设置。

5.步进电机控制程序设计本设计使用C语言编写了步进电机控制程序。

程序主要包括初始化配置和控制函数两个部分。

初始化配置部分用于设置单片机的工作模式、GPIO口的方向和电流输出配置等。

基于单片机的步进电机控制器毕业设计论文目录第1章绪论 (3)1.1引言 (3)1.2步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 (5)1.2.1常见的步进电机控制方案 (5)1.2.2步进电机驱动技术 (7)1.3本文研究的内容 (9)第2章步进电机概述 (10)2.1步进电机的分类 (10)2.2步进电机的工作原理 (11)2.2.1结构及基本原理 (11)2.2.2两相电机的步进顺序 (11)2.3 步进电机的工作特点 (14)2.4本章小结 (16)第3章系统的硬件设计 (17)3.1系统设计方案 (17)3.1.1系统的方案简述与设计要求 (17)3.1.2系统的组成及其对应功能简述 (17)3.2单片机最小系统 (19)13.2.1AT89S51简介 (19)3.2.2单片机最小系统设计 (24)3.2.3单片机端口分配及功能 (25)3.3串口通信模块 (25)3.4数码管显示电路设计 (26)3.4.1共阳数码管简介 (26)3.4.2共阳数码管电路图 (27)3.5电机驱动模块设计 (28)3.5.1L298简介 (28)3.5.2电机驱动电路设计 (29)3.6驱动电流检测模块设计 (31)3.6.1OP07芯片简介 (31)3.6.2ADC0804芯片简介 (33)3.6.3电流检测模块电路图 (36)3.7独立按键电路设计 (37)3.8本章小结 (37)第4章系统的软件实现 (38)4.1系统软件主流程图 (38)4.2系统初始化流程图 (39)4.3按键子程序 (40)结论 (44)2第1章绪论1.1引言步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。

步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。

步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。

临沂大学毕业论文基于单片机的步进电机控制系统设计摘要步进电动机由于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。

本文介绍的是一种基于单片机的步进电机的系统设计，用汇编语言和Ｃ语言编写出电机的正转、反转、调速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2001以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用LCD液晶显示器显示出来。

本文内容介绍了步进电机以及单片机原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试，同时介绍了调试过程中出现的问题以及解决问题的方法。

该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。

关键词：步进电机；脉宽调制；驱动机构；单片机；转动Design of The Control System of Step-motorThe open-loop system which is composed by step-motor is simple, cheap and very practical, so there are very wide range of applications in printers and other office automation equipment and various control devices, and many other fields.This article describes one design of step-motor system based on microcontroller.The program of the preparation of a motor , reverse, adjust speed, stop is written by compile language. The above functions are realized through the microcontroller, motor driver chip ULN2001 and correspond key , and the work state of stepper motor is diaplayed through the light-emitting diode. This article introduces the principle of stepper motor and single-chip microcomputer, the system hardware circuit, the program components, while software and hardware for the debugging, at the same time introduces the problems which are appeared in the debugging process and the solutions of the problems . The design has the advantages of clear , high reliability, strong stability, and the above-mentioned functions are realized through the debugging.Key words: Stepping motor; Pulse-width modulated; driving mechanism; singlechip; rotation目录1 引言 (1)1.1课题研究的目的和意义 (1)1.2国内外研究概况 (1)2 步进电机与单片机简介 (1)2.1步进电机介绍 (1)2.2步进电机驱动系统介绍 (6)2.3单片机原理 (8)3硬件电路的设计 (12)3.1系统整图 (12)3.2电源部分 (12)3.3最小系统 (13)3.4驱动部分 (14)3.5状态指示部分 (14)3.6按键部分 (14)3.7时钟部分 (15)3.8复位部分 (15)3.9 KEIL-UVISION简介与调试 (15)3.10PROTEUS仿真步进电机正转 (16)3.11PROTEUS仿真步进电机反转 (17)3.12 PROTEUS仿真总图与PROTEUS简介 (17)4软件设计 (23)4.1系统开发软硬件环境 (23)4.2系统程序框图 (24)4.3系统程序 (25)6 结论 (31)参考文献 (33)致谢 (34)1 引言1.1 课题研究的目的和意义步进电动机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。

毕业设计论文基于单片机的步进电机控制器的设计摘要：本论文针对步进电机控制系统的需求，提出了一种基于单片机的步进电机控制器的设计方案。

该方案在硬件设计上选用了适用于步进电机驱动的控制芯片，并通过电路连接实现电机控制信号的输出。

在软件设计上，通过单片机编程实现步进电机的运动控制，包括步进角度、转速以及方向等参数的调节和控制。

通过测试实验证明，该设计方案能够有效地实现步进电机的精确控制，具有较好的稳定性和可靠性。

关键词：单片机；步进电机；控制器；硬件设计；软件设计；运动控制第一章引言1.1研究背景目前，步进电机作为一种常用的电机类型，在自动控制领域和精密仪器中得到了广泛应用。

步进电机具有结构简单、运行平稳、精度高等优点，因此在许多行业中被广泛采用。

为了实现步进电机的精确控制，需要一种高效、稳定的步进电机控制器。

1.2研究目的本论文的主要目的是设计一种基于单片机的步进电机控制器，通过硬件和软件的完美结合，实现对步进电机的精确控制。

同时，通过测试和分析，验证该控制器的有效性和可靠性。

第二章方案设计2.1硬件设计在硬件设计方面，本文选用了适用于步进电机驱动的控制芯片，并通过电路连接实现电机控制信号的输出。

通过调节电源、电阻和电容等元件，实现对步进电机驱动电压和电流的调节，以满足步进电机运行的需求。

2.2软件设计在软件设计方面，本文采用单片机进行编程，实现对步进电机的运动控制。

通过编写程序，实现对步进角度、转速以及方向等参数的调节和控制。

通过采集和处理步进电机的反馈信号，实现闭环控制，提高步进电机的运动精度和稳定性。

第三章实验与结果通过搭建实验系统，并进行测试和分析，验证了本文设计的基于单片机的步进电机控制器的有效性和可靠性。

实验结果表明，该控制器能够实现步进电机的精确控制，具有较好的稳定性和可靠性。

第四章论文总结本论文设计了一种基于单片机的步进电机控制器，并通过实验验证了该控制器的有效性和可靠性。

该控制器在硬件设计上选用适用于步进电机的控制芯片，并通过电路连接实现电机控制信号的输出。

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。

基于单片机的步进电机控制系统设计前言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。

1.步进电机原理及硬件和软件设计1.1步进电机原理及控制技术由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备一步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图1所示:控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类:一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。

《基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现》篇一一、引言步进电机因其精准的控制能力和高效率的特性在各种机械设备中得到广泛应用。

而单片机作为现代电子技术的核心，具有低成本、高效率的特点。

本文旨在探讨基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现，以实现步进电机的精确控制与高效运行。

二、系统设计1. 硬件设计本系统主要由单片机、步进电机、驱动器、电源等部分组成。

其中，单片机作为核心控制器，负责接收上位机指令，解析并输出控制信号给步进电机驱动器。

步进电机驱动器则负责将单片机的控制信号转化为步进电机可以识别的驱动信号，驱动步进电机运转。

（1）单片机选择本系统选用的是STC12C5A60S2型单片机，其具有高性能、低功耗的特点，适合于步进电机控制系统的设计。

（2）步进电机选择本系统选用的步进电机为两相混合式步进电机，具有运行平稳、噪音小等优点。

（3）驱动器选择步进电机驱动器选用专为两相混合式步进电机设计的A4988型号驱动器，该驱动器能有效地提高电机的输出扭矩和效率。

2. 软件设计软件设计主要包括单片机的程序编写和上位机界面的设计。

（1）单片机程序编写单片机程序采用C语言编写，主要实现以下功能：接收上位机指令、解析指令并输出控制信号给步进电机驱动器、实时检测步进电机的运行状态并向上位机反馈信息等。

（2）上位机界面设计上位机界面采用常见的图形化界面设计，便于用户操作。

界面主要包括电机运行参数的设置、运行状态的显示等功能。

用户可以通过界面输入控制指令，这些指令会被发送到单片机进行处理。

三、系统实现系统实现主要包括硬件的搭建与调试、单片机的编程与测试、上位机界面的开发等步骤。

1. 硬件搭建与调试按照设计图纸将各部分硬件进行组装，并进行调试，确保各部分硬件工作正常。

2. 单片机编程与测试根据程序设计编写单片机程序，并进行调试和测试，确保程序能够正确接收和处理上位机指令，并能够输出正确的控制信号给步进电机驱动器。

3. 上位机界面的开发根据需求开发上位机界面，实现用户友好的操作界面和丰富的功能。

《基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现》篇一一、引言随着现代科技的飞速发展，步进电机控制系统在各种自动化设备中得到了广泛应用。

步进电机控制系统的性能和效率直接影响到设备的运行效果。

本文将详细介绍基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现过程，旨在提高步进电机控制系统的稳定性和可靠性。

二、系统设计1. 硬件设计本系统采用单片机作为核心控制器，配合步进电机驱动器、电源模块、输入输出设备等组成。

其中，单片机选用具有高性能、低功耗特点的型号，以满足系统的高效运行需求。

步进电机驱动器选用具有较高驱动能力的模块，以实现对步进电机的精确控制。

(1) 单片机模块：作为整个系统的核心，负责接收输入信号、处理数据并输出控制信号。

(2) 步进电机驱动器模块：接收单片机的控制信号，驱动步进电机进行运动。

(3) 电源模块：为整个系统提供稳定的电源供应。

(4) 输入输出设备：包括按键、LED灯等，用于实现人机交互。

2. 软件设计软件设计主要包括系统初始化、信号处理、控制算法实现等部分。

系统初始化包括单片机配置、中断设置等；信号处理主要是对输入信号进行采集、分析和处理；控制算法实现则是根据处理后的信号，输出控制步进电机的指令。

(1) 系统初始化：设置单片机的工作模式、时钟频率等，为后续的信号处理和控制算法实现做好准备。

(2) 信号处理：通过ADC（模数转换器）采集输入信号，进行滤波、放大等处理，以提高信号的抗干扰能力和信噪比。

(3) 控制算法实现：根据处理后的信号，采用适当的控制算法（如PID控制、模糊控制等）输出控制步进电机的指令。

三、系统实现1. 硬件连接根据系统设计，将单片机、步进电机驱动器、电源模块、输入输出设备等连接起来。

确保各模块之间的连接正确、稳定。

2. 编程实现根据软件设计，使用C语言或汇编语言编写程序代码。

程序代码应包括系统初始化、信号处理、控制算法实现等部分。

在编写过程中，应注意代码的健壮性、可读性和可维护性。

基于AVR单片机的步进电机控制
安然然;聂鑫
【期刊名称】《沈阳化工大学学报》
【年(卷),期】2005(019)002
【摘要】对AVR单片机AT90S8515进行编程,实现对35BYJ46型四相八拍步进电机的控制,以达到精确定位的目的.使AT90S8515单片机并行口C口高四位
PC7～PC4分别与驱动接口芯片ULN2803的输入引脚A、B、C、D相连,并使驱动芯片的4个输出引脚分别与步进电机的4、3、2、1四个励磁线圈的引脚相连.通过对单片机进行编程,使数据从C口高四位输出经驱动电路放大后控制步进电机,使其按照单片机编写的程序进行按步骤的正序旋转或逆序旋转.
【总页数】3页(P126-128)
【作者】安然然;聂鑫
【作者单位】沈阳化工学院,辽宁,沈阳,110142;沈阳化工学院,辽宁,沈阳,110142【正文语种】中文
【中图分类】TP368.1
【相关文献】
1.基于CAN总线和AVR单片机的步进电机控制模块设计 [J], 周朵;何木根;杨福兴
2.基于AVR单片机和L6208的步进电机控制系统设计 [J], 李文广;汤清华;吴国安
3.基于PLC的步进电机控制系统设计 [J], 王勋
4.一种基于FPGA的步进电机控制系统的设计 [J], 邱靖超;刘新妹;殷俊龄;杨冰
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