基于单片机的步进电机运动控制

基于单片机的步进电机驱动控制系统的设计与实现基于单片机的步进电机驱动控制系统的设计与实现摘要：步进电机是一类广泛应用于工业自动化领域的电动机，其特点是精度高、响应速度快。

本文基于单片机，设计并实现了一种步进电机驱动控制系统。

该系统通过单片机对步进电机进行精确控制，实现了步进电机的定位、速度调节、方向控制等功能。

通过实验验证，该系统能够有效地控制步进电机的运动，具有一定的实用价值。

1. 引言步进电机是一种在工业自动化领域广泛应用的电动机，其由于具有精确控制、自带位置反馈和无需增量编码器等特点，被广泛应用于数控机床、纺织机械、印刷机械等领域。

而基于单片机的步进电机驱动控制系统，能够通过软件控制实现对步进电机的高精度控制，具有较高的实用性。

2. 步进电机的原理步进电机是一种能够按照预定的步长进行旋转的电动机。

其根据不同的工作原理可分为磁力转矩型和磁场转动型两种。

在本系统中我们选择了磁场转动型步进电机。

3. 单片机的选择本系统采用了XX型单片机，并结合其特点设计了相应的步进电机驱动控制系统。

4. 步进电机驱动电路设计步进电机驱动电路是实现步进电机精确控制的关键，本系统采用了XX电机驱动芯片，并参照其驱动电路设计了电路。

5. 程序设计通过单片机的软件控制，可以实现对步进电机的各项参数进行调节和控制。

本系统通过编程控制实现了步进电机的定位、速度调节和方向控制等功能。

6. 系统实现与实验结果经过系统的实现和实验验证，本系统能够有效地控制步进电机的运动。

实验结果表明，该系统具有较高的精确度和稳定性。

7. 总结与展望通过本文对基于单片机的步进电机驱动控制系统的设计与实现，我们得出了以下结论：本系统通过单片机实现对步进电机的高精度控制，具有较高的实用性和可行性。

然而，本系统还存在一些问题和不足之处，例如在特定条件下，步进电机可能出现失步现象等。

因此，未来可以进一步完善该系统，并结合实际应用场景进行优化，提高系统的精确度和稳定性。

基于单片机的步进电机控制的设计本文主要介绍了基于单片机的步进电机控制的设计，包括步进电机控制的基本原理、单片机控制步进电机的具体实现方法、实验结果以及未来展望等方面。

一、步进电机控制的基本原理步进电机是一种控制精度高、响应速度快、运动平稳、噪音低的电机，广泛应用于数控机床、自动化设备、印刷机、纺织机等领域。

步进电机的控制原理是通过向电机提供不同的脉冲序列控制电机转动的步距角度，实现电机旋转、逆旋转、定位等操作。

其中，步距角度是指电机每次接收到一组脉冲信号后转动的角度，它与电机的结构参数、电气参数等有关。

单片机控制步进电机可以采用两种方式，一种是直接控制步进电机，另一种是通过驱动芯片来控制步进电机。

下面介绍两种实现方法的具体步骤。

（一）直接控制步进电机步骤一：确定步进电机的电气参数，并根据电气参数确定所需的驱动电压和电流。

步骤二：连接步进电机到单片机的相应IO口，控制步进电机正、反转和步距角度。

步骤三：编写控制程序，实现步进电机的控制。

步进电机的控制程序主要包括以下几个方面：1.设定步进电机工作方式（正转、反转、定位等）。

2.设定步进电机步距角度，根据步距角度确定脉冲信号频率。

3.输出控制信号，使步进电机按设定的方式转动。

步骤二：设计电路板，将驱动芯片和步进电机连接起来。

步骤三：编写控制程序，通过单片机向驱动芯片发出脉冲信号，控制步进电机的转动。

具体控制程序的编写与直接控制步进电机的实现方法类似，主要是控制脉冲信号的频率和方向。

三、实验结果我们在实验室里搭建了一个步进电机控制系统，采用的是第二种实现方法，即通过驱动芯片来控制步进电机。

实验结果表明，该控制系统具有良好的控制精度和响应速度，可以实现步进电机的高速旋转、逆转和定位等操作。

四、未来展望随着工业自动化的不断推进和新一代技术的不断涌现，步进电机控制技术将会变得越来越重要。

未来，我们将进一步深入研究步进电机控制技术，探索新的控制方法和应用场景，为工业自动化领域的发展做出更大的贡献。

基于单片机的步进电机控制步进电机是一种常用的电动执行元件，在许多领域中都有广泛的应用。

为了实现对步进电机的精确控制，通常使用单片机来实现控制算法。

本文将介绍一个基于单片机的步进电机控制方案，并详细说明其实现过程和步骤。

首先，需要明确步进电机的工作原理。

步进电机通过控制电流的方向和大小来实现精确的旋转控制。

通常，步进电机由若干个驱动器组成，每个驱动器控制一个电机相位。

单片机通过控制驱动器的状态来控制步进电机的旋转。

1.硬件设计和搭建首先，需要根据步进电机的特性选择合适的单片机和驱动器。

单片机的选择应考虑其计算能力、IO口数量和通信接口等因素。

驱动器的选择应考虑其控制精度、最大电流和保护功能等因素。

然后，根据步进电机的型号和参数，设计并搭建电路板。

在电路板上，需要连接单片机、驱动器和步进电机，以及相应的电源和信号线。

2.控制算法设计在单片机中，需要设计控制算法来实现步进电机的精确控制。

常用的控制算法有定位控制、速度控制和加速度控制等。

根据实际需求，选择合适的控制算法，并编程实现。

3.编程实现根据控制算法的设计，使用合适的编程语言（如C语言或汇编语言）编写程序。

程序应包括步进电机的初始化代码、控制算法的实现代码和中断服务程序等。

在程序中，需要通过单片机的IO口控制驱动器，以改变驱动器的状态，从而控制步进电机的旋转方向和速度。

同时，还需要通过测量步进电机的位置和速度来实现闭环控制。

4.调试和优化完成编程后，需要进行调试和优化，以保证步进电机的控制精度和可靠性。

可通过调整控制算法的参数、增加传感器和使用滤波算法等方式来提高步进电机控制的性能。

综上所述，本文介绍了一个基于单片机的步进电机控制方案。

通过硬件设计和搭建、控制算法设计、编程实现和调试优化等步骤，可以实现对步进电机的精确控制。

这种方案在工业自动化、仪器仪表和机器人等领域具有广泛的应用价值。

安徽建筑工业学院毕业设计（论文）姓名专业电子信息工程班级08电子②班学号课题基于单片机的步进电机控制的设计指导老师2012年 6 月 1 日——基于单片机的步进电机控制电子与信息工程学院电子信息工程专业2008级2班xxx指导教师xxx摘要步进电机由于其精确性及其良好的性能得到广泛的应用，本文介绍了基于STC89C52单片机的步进电机控制系统的设计，在硬件部分，描述了该系统的硬件配置工作原理，在单片机和步进电机之间选用了ULN2003驱动芯片，通过按键向单片机输送控制信号，控制步进电机的转速和正反转，实践表明系统性能优于传统的步进电机控制器。

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，因此在众多领域有着极其广泛的应用。

本文是一种基于单片机的步进电机的系统设计，用C语言编写出电机的正转、反转、加速、减速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2003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相应的数码管显示出来。

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。

经过实践应用证明，该控制系统的抗干扰能力以及稳定性都非常好。

关键字：步进电机；STC89C52单片机；ULN2003AbstractBecause of accuracy and well capability, the stepper motor is used in many fields. Design of a stepping motor control system based on MCU-89C52 processor is introduced. The system hardware configuration and working principle are described in this paper. The Step - motor drive chooses ULN2003 model between the single - chip microcomputer and step - motor. As an automatic control system, this system sends the control signals to the MCU by pressing the button to control the rotation speed and rotation direction of the Stepping Motor. The practice showed that the performance of this system out did the traditional stepping motor controller .The open-loop system which is composed by step-motor is simple, cheap and very practical, so there are very widely range of applications in many other fields. This article describes one design of step-motor system based on .the single - chip microcomputer ,The program of the preparation of a motor, straight revolving ,reverse revolving , speed up, slow down, stop is written by C language. The above functions are realized through the single - chip microcomputer, motor driver chip ULN2003 and correspond key, and the work state of stepper motor is displayed through the numeral 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 .From practice, we can bear out that both of the capability of resisting interference and the stability are all right.Key words：Stepper motor; STC89C52 single - chip microcomputer; ULN2003目录第一章绪论 (1)课题研究的目的和意义 (1)研究背景 (1)论文的主要研究内容 (3)第二章步进电机的介绍 (4)步进电机的简介 (4)步进电机的分类 (4)步进电机的特点 (5)步进电机的应用 (6)步进电机的工作原理 (6)控制步进电机速度的方法 (8)第三章设计要求及方案选择 (10)设计要求 (10)方案选择 (10)3.2.1单片机的选择 (10)3.2.2驱动芯片的选择 (10)3.2.3最终方案 (11)第四章硬件设计 (12)系统框图 (12)单片机模块 (12)键盘模块 (14)驱动模块 (15)显示模块 (16)电源模块 (17)系统总电路图 (18)第五章软件设计 (20)系统开发软件环境 (20)系统程序框图 (20)源程序 (21)致谢 (22)附录 (24)1 实物图 (24)第一章绪论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变速，快速启停、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)课题名称基于单片机的步进电机控制设计学生姓名学号系、年级专业信息工程系﹑电子信息工程专业指导教师职称讲师2009年5 月22 日摘要本论文主要介绍了基于单片机的步进电机控制的规则、硬件结构、软件代码的编写与工作原理、以与液晶模块12864LCD的详细介绍以与指令集。

模拟出单片机系统下的步进电机转速控制，具有任意转速选择、转动时间、正反转、加速和减速设置、系统低功耗、可实现在线调试等特点。

本系统是以单片机为其控制核心，以有源晶振构成的电路作为时钟信号，通过键盘输入选择向单片机控制系统发出步进转动控制命令，控制系统接收命令后做出一系列必要的判断后，控电机的转速、转向等。

本设计已通过了实验仿真，运行稳定，达到了基本的设计要求。

本设计要分为两大块：一块为硬件电路组成部分，一块为软件程序设计部分。

在硬件电路里主要包括有源晶振部分、键盘输入控制部分、电机驱动电路与液晶显示部分等与单片机的接线设计；软件编程方面主要是子程序和主程序的编写，包括：初始化代码、液晶驱动代码、时间记录代码、表格数据代码等。

关键词：单片机；步进电机；12864LCD；指令集AbstractThis thesis is mainly introduce the Prepared and working principles about regulation、structure of hardware、software code of stepping motor control based on MCU as well as detail information and instruction set on LCD Module 12864LCD. This thesis also simulates that under the system of single-chip stepping motor speed control has the disadvantages of changing speed、time arbitrary、Positive and negative transfer、installation of accelerated and deceleration、low-power system and online debugging. Single-chip as core of control and the circuit made up by active crystal as clock signal, the stepper motor speed control system starts to making a series of necessary judgment and then control rotate speed and change direction when it receive the command of stepper transfer control from single-chip control system by keyboard. As run steady, this project has already passed the simulation and has achieved the basic purpose.This project consists of two parties. One is hardware circuit and the other is software programming. In the part of hardware circuit is include active crystal、control system of keyboard input 、system of motor drive circuit and liquid crystal system. In the second part, Design of connection of single-chip、software prepared is the mainly prepared of Subroutine and Main program including initialization code 、liquid drive code 、the timing of recording code form data code[8].Key words: MCU；stepper motor；12864LCD；Instruction Set.目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题的来源 (1)1.2 课题研究的意义 (1)1.3 课题国内研究现状 (1)1.4 课题研究的目的和主要内容 (2)第2章步进电机方案设计与分析 (4)2.1 方案提出 (4)2.2 可行性分析 (5)2.3 主要器件选择 (5)第3章系统硬件设计 (7)3.1 AMPIRE128*64液晶屏介绍 (7)3.2 HD61202与其指令集介绍 (8)3.3 晶振、复位、驱动电路 (11)3.4 液晶显示屏与单片机接口电路 (13)3.5 控键与单片机接口电路 (13)第4章系统软件设计 (16)4.1 电机流程图 (16)4.2 液晶屏驱动代码设计 (17)4.3 固定字符显示代码 (21)4.4 中断子程序 (22)4.5 汉字表 (23)4.6 字符表 (25)4.7 延时子程序 (26)4.8 主函数程序 (26)第5章系统仿真 (28)5.1 Keil2编译环境介绍 (28)5.2 Proteus 仿真平台 (29)5.3 建立工程项目 (31)5.4 Proteus中原理图的绘制与文件的加载 (35)5.5 开机界面显示 (36)5.6 控制界面显示 (36)5.7 仿真结果分析与解决方法 (37)第6章PCB板设计 (38)6.1加载网络表与元件封装 (38)6.2 PCB板参数设置 (40)6.3元件布局与布线设计 (42)结束语 (44)参考文献 (45)致谢 (46)附录Ⅰ总体电路图 (46)第1章绪论1.1 课题的来源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。

基于单片机的步进电机控制系统的设计
步进电机是一种特殊的电机，它的转动是以步进的形式进行的，每一次步进角度由控制电路发出的一个脉冲决定。

因此，基于单片
机的步进电机控制系统需要实现以下功能：
1. 产生脉冲信号：单片机需要通过定时器等模块产生相应的脉
冲信号，以控制步进电机的运动。

2. 识别旋转方向：步进电机需要能够前进和后退，因此单片机
需要实时检测步进电机的转动方向，并控制脉冲信号发生的顺序。

3. 控制转速：控制步进电机转速需要通过控制脉冲信号的频率
来实现，单片机需要动态地调整脉冲信号的频率，从而控制欲速度。

下面是实现步进电机控制的一种基本算法：
1. 设置电机控制端口，初始化各参数。

2. 等待步进电机稳定。

在控制电路上电时，如果步进电机没有
停在起始位置，需要先手动将步进电机转动到起始位置，然后等待
电机稳定。

3. 根据旋转方向和转速控制脉冲信号产生频率。

根据步进电机
的旋转方向，确定脉冲信号产生的顺序，然后通过定时器等模块产
生相应的脉冲信号，从而控制步进电机旋转。

4. 根据指令调整转速。

根据实际需求调整步进电机的转速，即
调整脉冲信号频率。

上述算法是一个最基本的控制算法，具体的实现还需要考虑步
进电机控制的精度、错误处理等方面的问题。

基于单片机的步进电机控制探讨在步进电机的运行过程中，来自于单片机的电子脉冲信号可以控制其转动角度，而借助于单片机硬件电路以及软件编程等形式，则可实现步进电机的启动、停止以及正反转等动作，以此来实现对步进电机的有效控制。

基于此，本文分析了基于单片机的步进电机控制方法，以期为步进电机的应用与控制提供相应参考。

标签：单片机;步进电机;控制策略;控制系统0 引言步进电机的系统结构简单，对转动定位控制精准，因此步进电机在仪表控制和过程控制中发挥着至关重要的作用，且在当今的自动化控制、电动阀控制、数控机床以及医疗设施等各领域中得到了广泛应用。

而在步进电机的具体应用过程中，单片机可以对其起到更加精准的控制作用，以此来实现应用效果的显著提升。

因此，在步进电机的应用与研究中，应加大对单片机控制的研究，以此来实现步进电机的良好应用与发展。

1 步进电机工作原理在步进电机的运行过程中，电子脉冲信号数量及其频率对其转动速度以及停止位置起到决定性作用。

在步进电机运行过程中，如果给定一个脉冲信号，其转子便可经过相应角度，我们将该角度叫做步距角。

就目前的步进电机来看，步距角一般按照半步和一步进行划分，具体情况如表1所示。

按照以上划分方式，每给定一个脉冲信号，步进电机就可以转动0.9°，随着脉冲信号书的连续给定，可控制步进电机实现连续运转。

2 基于单片机的步进电机控制2.1控制系统框架分析2.1.1硬件系统设计构架分析在本次所研究的步进电机控制系统中，应用到的单片机为51单片机，主控制器型号为80C51，该控制器属于一种有着高效性的微控制器，通过该控制器的应用，可以为嵌入形式的控制系统提供出价格低廉、灵活度高的方案，其组成部分及其个数如表2所示。

在本次研究中，主要选择的步进电机是四相六线形式的步进电机，其额定电压是12V，这种步进电机可以在单拍模式下工作，也可以在单双拍混合模式下工作。

但是通常情况下，在该步进电机工作在单拍模式下时，其转动相角过度比较少，转动角度比较大，而且转动也并不十分连贯[1]。

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。

当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。

因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。

每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。

根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。

步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。

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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机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、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。

正是由于步进电机具有突出的优点，所以成了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[2]。

比如在数控系统中就得到广泛的应用。

目前世界各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国已经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。

虽然与发达国家相比，我们我国的数控技术方面整体发展水平还比较低，但已经在我国占有非常重要的地位，并起了很大的作用。

除了在数控系统中得到广泛的应用，近年来由于微型计算机方面的快速发展，使步进电机的控制发生了革命性变革。

基于51单片机的步进电机控制系统设计步进电机是一种特殊的直流电动机，具有定角度、定位置、高精度等特点，在许多领域得到广泛应用，如机械装置、仪器设备、医疗设备等。

本文将基于51单片机设计一个步进电机控制系统，主要包括硬件设计和软件设计两部分。

一、硬件设计步进电机控制系统的硬件设计主要包括51单片机、外部电源、步进电机驱动模块、以及其他辅助电路。

1.51单片机选择由于步进电机控制需要执行复杂的算法和时序控制，所以需要一个性能较高的单片机。

本设计选择51单片机作为主控芯片，因为51单片机具有丰富的外设接口、强大的计算能力和丰富的资源。

2.外部电源步进电机需要较高的电流供给，因此外部电源选择稳定的直流电源，能够提供足够的电流供电。

电源电压和电流的大小需要根据具体的步进电机来确定。

3.步进电机驱动模块步进电机驱动模块是连接步进电机和51单片机的关键部分，它负责将51单片机输出的脉冲信号转化为对步进电机的驱动信号，控制步进电机准确转动。

常用的步进电机驱动芯片有L297、ULN2003等。

4.其他辅助电路为了保证步进电机控制系统的稳定运行，还需要一些辅助电路，如限流电路、电源滤波电路、保护电路等。

这些电路的设计需要根据具体的应用来确定。

二、软件设计1.系统初始化系统初始化主要包括对51单片机进行外部中断、定时器、串口和IO 口等初始化设置。

根据实际需求还可以进行其他模块的初始化设置。

2.步进电机驱动程序步进电机的驱动程序主要通过脉冲信号来控制电机的转动。

脉冲信号的频率和脉冲宽度决定了电机的转速和运行方向。

脉冲信号可以通过定时器产生，也可以通过外部中断产生。

3.运动控制算法步进电机的运动控制可以采用开环控制或闭环控制。

开环控制简单，但无法保证运动的准确性和稳定性；闭环控制通过对电机转动的反馈信号进行处理来调整脉冲信号的生成，从而实现精确的运动控制。

4.其他功能设计根据具体的应用需求，可以加入其他功能设计，如速度控制、位置控制、加速度控制等。