基于单片机的步进电动机系统的设计与实现

摘要本文应用单片机AT89C51和脉冲分配器PMM8713，步进电机驱动器，光电隔离器4N25等，构建了步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。

通过AT89C51和脉冲分配器PMM8713完成步进电机的各种运行控制方式，实现步进电机在3相6拍的工作方式下的正反转控制和加减速控制。

并通过步进电机丝杠连动，带动XY工作台的直线运动，实现从起点A点到预定点B点的位移控制。

整个系统采用模块化设计，结构简单，可靠，通过人机交互换接口可实现各功能设置，操作简单，易于掌握。

该系统可应用于步进电机在机电一体化控制等大多数场合。

关键词：步进电机单片机控制目录绪论 (1)1、步进电机及其发展 (1)1．1步进电机在我国的发展应用及前景 (2)1.2本文研究内容 (2)2、步进电机的分类、结构、工作原理及特性 (2)2.1步进电机的概念 (2)2.2步进电机的特点 (3)2.3步进电机的结构及工作原理 (3)2.4步进电机的常用术语 (4)3、步进电机的单片机控制 (5)3.1步进电机控制系统组成 (5)3.2步进电机控制系统原理 (6)3.3脉冲分配 (6)3.4步进电机与微型机的接口电路 (8)4、步进电机的运行控制 (9)4.1步进电机的速度控制 (9)4.2步进电机的位置控制 (9)4.3步进电机的加减速控制 (10)5、步进电机的程序设计 (11)5.1程序框图 (11)结论 (13)致谢辞 (13)参考文献 (13)绪论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步进电机件。

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，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。

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。

基于单片机的步进电机驱动智能小车研制摘要我们本次设计采用STC12C5A60S2单片机为控制核心的，它是高速/低消耗/超强抗干扰的新一代8051单片机。

我们在最小系统的基础上，控制步进电机的正转、反转、加速和停止可以使智能小车可以精确的行驶直线90度弯道，碰到障碍物可以合理的避障，探测到金属可以发出报警信号，用AD数模转换寻到检测到光源可以寻光入库，从而使智能小车实现合理行进。

关键词：STC12C5A60S2单片机、智能小车、步进电机、避障、探测金属等、AD数模转换、寻光目录1引言 (3)2 系统设计 (4)2.1 设计要求 (4)2.2 总体设计方案 (4)2.2.1 系统总体设计方案 (4)2.2.2 基本模块设计方案 (5)3 单元硬件电路设计 (7)3.1 电源电路模块 (7)3.2 光电寻迹模块 (7)3.3 金属探测传感器模块 (8)3.4红外避障模块 (9)3.5 AD——光敏寻光模块 (9)3.6液晶显示模块 (10)3.7L298步进电机驱动模块 (11)3.8 单片机STC12C5A60S2核心模块 (12)3.8.1 单片机芯片的选择 (12)3.8.2时钟及复位电路.................................................................... 错误！未定义书签。

4 系统软件设计 (14)4.1 主程序流程图 (14)4.2 步进电机方向及速度控制程序流程图 (15)4.3 金属探测及控制设计流程图 (16)4.4 红外避障及控制设计流程图 (16)4.5AD寻光及控制设计流程图 (17)5 系统调试 (18)5.1 硬件调试 (18)5.1.1 单元模块的测试 (18)5.2 软件调试 (18)6 心得体会 (19)附录：程序源代码1 引言随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。

全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究，可见其研究意义很大。

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化毕业设计（论文）题目：基于单片机的步进电机控制系统设计中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化毕业设计（论文）题目：基于单片机的步进电机控制系统设计论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文《基于单片机的步进电机控制系统设计》，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。

论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。

对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。

本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。

论文作者（签字）：日期：2014 年9 月 1 日摘要本文应用单片机、步进电机驱动芯片、执行部件等，构建了集步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。

二维工作台作为被控对象通过步进电机驱动滚珠丝杆在X/Y轴方向联动。

文中讨论了一种以最少参数确定一条圆弧轨迹的插补方法和步进电机变频调速的方法。

步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法，可以有效地减少系统开发的周期和成本。

最后给出了步进电机控制系统的应用实例。

目录一、绪论 (5)（一）引言 (5)（二）步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 (6)（三）本文研究的内容 (9)二、步进电机概述 (11)（一）步进电机的分类 (11)（二）步进电机的工作原理 (11)三、系统的硬件设计 (16)（一）系统设计方案 (16)（二）单片机最小系统 (17)（三）串口通信模块 (22)（四）数码管显示电路设计 (23)（五）电机驱动模块设计 (25)（六）驱动电流检测模块设计 (27)（七）独立按键电路设计 (32)四、系统的软件实现 (33)（一）系统软件主流程图 (33)（二）系统初始化流程图 (33)（三）按键子程序 (34)（四）系统组成 (37)（五）程序设计 (39)五、结论 (56)（一）具体结论 (56)（二）后续工作 (56)致谢 (57)参考文献 (58)一、绪论（一）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。

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。

摘要本文介绍了PIC单片机和步进电机的结构、工作原理以及指标参数，采用PIC系列单片机作为步进电机控制系统的核心，实现了软件与硬件相结合的控制方法。

硬件结构包括LCD显示电路、电机驱动电路、电源电路、键盘接口电路等等。

软件均采用模块化设计，通过调用一系列子程序，像中断程序、显示程序、键盘扫描程序、电机驱动程序等实现步进电机的转速和角度的精确控制。

采用单极性驱动电路对小功率步进电机进行驱动，电路简单，实用性好。

用LCD显示屏对步进电机的预设工作状态进行动态显示，直观、明了。

本文给出了系统设计的硬件原理图、编程流程图和软件程序。

关键字：PIC单片机步进电机硬件接口电路模块化程序AbstractThis paper describes the structure, working principle ，parameters and indicators of PIC microcontroller and stepper motor , uses a PIC MCU as the core of stepper motor control system, and a control method of combination of software and hardware is realized．The hardware structure includes LCD display circuit，motor drive circuit，The power supply circuit，Keyboard interface circuits and so on . The software adopts modular design, by calling a series of subroutines, like interrupt program, display program, keyboard scanning procedure, motor driver program to achieve the control of the speed and angle of the stepper motor. Unipolar drive circuit is used for driving low-power stepper motor, which is simple and really functional．LCD is used for dynamic displaying intuitively and clearly the state of the stepper motor．This paper presents the hardware schematics design of the system, programming flowcharts and software programs.Key words: PIC Microcomputer；Stepping Motor；Hardware Interface Circuit ；Modular Program；目录摘要 (I)Abstract (II)绪论................................................ 错误!未定义书签。

基于单片机的步进电机细分驱动系统设计作者：宋光彦来源：《科技资讯》 2012年第9期宋光彦武警工程大学研究生管理大队陕西西安 710086摘要：自二十世纪中叶，步进电机的应用己渗透到数字控制的各个领域。

它凭借自身性能优点，较早成为典型的机电一体化元件组件。

本文首先对步进电机进行了概述，然后给出了基于单片机的步进电机细分驱动的具体设计。

关键词：单片机；步进电机；控制系统中图分类号：TM3 文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)03(C)-0000-000 引言步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、机器人、计算机外围设备、卫星天线定位系统等。

随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。

1 步进电机概述步进电机是一种将电脉冲转变为角位移（或线位移）的机电元件。

根据其内部构造可以分成三大类:反应式(VR型)、永磁式(PM型)和混合式(HB型)。

混合式步进电动机吸取了永磁式和反应式的优点，转子由磁化的磁铁制成，磁极做成复极的形式，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，它的精确度高、转矩大、步进角度小，在高分辨率的开环定位系统和低速开环调速系统中占有着不可替代的地位。

步进电机还具有以下优点：（1）动态响应快、易于启动与停止、具有锁定转矩；（2）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，步距值不受各种干扰因素的影响；（3）位移与输入脉冲信号相对应，步距误差不长期积累，有良好的跟随性；（4）可利用数字信号控制步进电机直接用于开环控制；（5）控制性能好，停止时有自锁能力。

基于以上优点，步进电机在工业领域得到广泛应用，具有较高的使用价值。

2 步进电机选型及保护电路设计在本系统设计中，步进电机采用两相混合式步进电机，驱动二维随动装置的水平、俯仰运动。

基于单片机的步进电机控制系统摘要：传统步进电机控制系统往往采用硬件电路构成的控制器，电路复杂不易实现。

本文研究了基于单片机的步进电机控制方法，电路简单，实现了软件对电机进行各种操作，既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性。

abstract： the traditional stepper motor control system is often used controller with hardware circuit which is not easy to achieve due to complex circuit. this paper studied stepper motor control method based on scm whose circuit is simple. it achieves various operations to motor of software，reduces hardware cost and increases the flexibility of the control.关键词：单片机；步进电机key words： scm；stepper motor中图分类号：tp31 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）05-0185-020 引言随着微电子技术和计算机技术的发展，步进电机广泛应用于电动玩具、打印机等消费类产品以及数控车床、医疗器械等机电类产品中，研究步进电机的控制系统，对提高控制的精度和响应速度以及节约成本方面都具有重要意义。

1 步进电机控制系统整体设计步进电机控制系统能够实现对步进电机转速、旋转时间（0s-9999s）的任意设定，并且支持正反转两种旋转方式。

同时具有简单的人机交互界面，是人们更加容易操作。

本系统由硬件系统和软件系统两部分组成。

硬件设计由单片机最小系统、电源模块、键盘控制模块、显示模块组成；软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、显示模块、以及转速计算模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向、转动时间的控制，并将步进电机的的转动速度、转动剩余时间显示在显示模块上面，如图1所示。

程设计说明书题目：基于单片机的步进电机控制系统设计课程：机电一体化系统设计姓名：马福德学号：0804705030指导教师：段广云、俞学兰专业年级：机械设计制造及其自动化（机械电子工程方向）2008级所在院系：机械工程学院完成日期： 2011年7月 10 日答辩日期： 2011年7月 11 日摘要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，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。

研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。

采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。

软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。

本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片AT6560AHQ驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。

系统由硬件设计和软件设计两部分组成。

其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动模块、数码显示模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。

软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。

软件采用在Keil软件环境下编辑的C语言。

本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。

关键词：步进电机 ,单片机 ,电脉冲信号, 角位移, 转速控制,方向控制ABSTRACTWith the development of microelectronics and computer technology, increasing demand for stepper motor, which is widely used in printers, electronic toys and consumer products such as CNC machine tools, industrial robots, medical equipment and electrical products, and its various national fields are applied. Of stepper motor control system to improve the control accuracy and response speed, energy conservation and so important.Stepper motor is an electric pulse signals can convert the angular displacementor linear displacement of the mechanical and electrical components, stepper motor control system consists of stepper controller, stepper motor power amplifier and so on. Use MCU control, the stepper controller instead of using software to make simple circuit, low cost, reliability greatly increased. Software programming flexibility to produce different types of stepping motor excitation sequence to control the operation of the various stepper motor modeThis design is used AT89C51 of Stepping motor control, through the IO port as a square wave output of the timing of step motor control signal, the signal through the ULN2003 driver chip stepper motor; the same time, with four buttons to the status of the motor control, and dynamic display with digital control motor speed.System consists of hardware and software design of two parts. Among them, the hardware design, including minimum system AT89C51 microcontroller, power supply module, keyboard control module, stepper motor drive (integrated Darlington ULN2003) module, digital display (SM420361K digital control) module, speed modules (including the Hall probe UGN3020) six function modules, and each module in the circuit board to achieve the organic combination. Software design, including keyboard control, stepping motor pulse, the digital dynamic display and speed signal acquisition module, control procedures, and ultimately to the stepper motor rotation direction and rotation speed control of stepper motor rotation speed and dynamic display in the LED digital tube, real-time monitoring of the speed display. Software used in the software environment to edit Keil C language. This system has the intelligence, practicality and reliability features.Key Words： Stepping motor , MCU Pulse Signal , Angular displacement ,Speed control ,Direction control目录1 绪论 (1)1.1背景 (1)1.2设计任务及要求 (1)2 总体方案设计 (2)2.1方案设计 (2)2.2芯片选择 (2)2.2.1 CPU的芯片选择 (2)2.2.2 驱动电路的芯片选择 (3)2.2.3 测试电路的芯片选择 (6)3 系统硬件设计 (7)3.1电机驱动电路 (7)3.2测试及显示电路 (8)3.2.1 CS3020霍尔传感器测试电路 (8)3.2.2 LED数码显示管 (8)3.3电源 (9)3.4两相步进电机 (9)3.5键盘控制系统 (10)4 控制系统软件分析与设计 (11)4.1主程序流程图 (11)4.2读键盘子程序流程图 (11)4.3键盘处理子程序流程图 (12)4.4电机控制中断程序流程图 (12)4.5程序设计平台 (13)4.6源程序清单 (14)5 PCB板设计 (19)5.1设计原则 (19)5.1.1布局操作的基本原则 (19)5.1.2布线原则 (19)5.2PCB板设计方案： (20)5.3PCB板各电器元件的布局 (21)6 设计体会 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录 (25)A元件清单 (25)B电路PCB图 (26)C电路原理图 (26)1 绪论1.1 背景当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。

51单片机驱动步进电机的方法一、步进电机简介步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，广泛应用于各种自动化设备中。

其工作原理是，当一个脉冲信号输入时，电机转动一个步距角，从而实现电机的精确控制。

二、51单片机驱动步进电机的方法1、硬件连接需要将51单片机与步进电机连接起来。

通常，步进电机需要四个引脚，分别连接到单片机的四个GPIO引脚上。

同时，还需要连接一个驱动器来提高电机的驱动能力。

2、驱动程序编写接下来，需要编写驱动程序来控制步进电机的转动。

在51单片机中，可以使用定时器或延时函数来产生脉冲信号，然后通过GPIO引脚输出给电机。

同时，还需要设置电机的步距角和转向，以保证电机的精确控制。

3、示例程序以下是一个简单的示例程序，用于演示如何使用51单片机驱动步进电机：cinclude <reg52.h> //包含51单片机的头文件sbit motorPin1=P1^0; //定义连接到P1.0引脚的电机引脚sbit motorPin2=P1^1; //定义连接到P1.1引脚的电机引脚sbit motorPin3=P1^2; //定义连接到P1.2引脚的电机引脚sbit motorPin4=P1^3; //定义连接到P1.3引脚的电机引脚void delay(unsigned int time) //延时函数unsigned int i,j;for(i=0;i<time;i++)for(j=0;j<1275;j++);void forward(unsigned int step) //正转函数motorPin1=0;motorPin2=0;motorPin3=0;motorPin4=0; //清零电机引脚delay(step); //延时一段时间motorPin1=1;motorPin3=1;motorPin2=0;motorPin4=0; //设置转向和步距角delay(step); //延时一段时间void backward(unsigned int step) //反转函数motorPin1=0;motorPin2=0;motorPin3=0;motorPin4=0; //清零电机引脚delay(step); //延时一段时间motorPin2=1;motorPin4=1;motorPin3=0;motorPin1=0; //设置转向和步距角delay(step); //延时一段时间void main() //主函数unsigned int step=1000; //设置步距角为1000微步forward(step); //正转一圈backward(step); //反转一圈while(1); //循环等待，保持电机转动状态在这个示例程序中，我们使用了四个GPIO引脚来控制步进电机的转动。