基于单片机步进电机控制

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。

第1章绪论 (2)1.1引言 (2)1.2步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 (4)1.2.1常见的步进电机控制方案 (4)1.2.2步进电机驱动技术 (6)1.3本文研究的内容 (8)第2章步进电机概述 (9)2.1步进电机的分类 (9)2.2步进电机的工作原理 (10)2.2.1结构及基本原理 (10)2.2.2两相电机的步进顺序 (10)2.3 步进电机的工作特点 (13)2.4本章小结 (15)第3章系统的硬件设计 (16)3.1系统设计方案 (16)3.1.1系统的方案简述与设计要求 (16)3.1.2系统的组成及其对应功能简述 (16)3.2单片机最小系统 (18)3.2.1AT89S51简介 (18)3.2.2单片机最小系统设计 (23)3.2.3单片机端口分配及功能 (24)3.3串口通信模块 (24)3.4数码管显示电路设计 (25)3.4.1共阳数码管简介 (25)3.4.2共阳数码管电路图 (26)3.5电机驱动模块设计 (27)3.5.1L298简介 (27)3.5.2电机驱动电路设计 (28)3.6驱动电流检测模块设计 (30)3.6.1OP07芯片简介 (30)3.6.2ADC0804芯片简介 (32)3.6.3电流检测模块电路图 (35)3.7独立按键电路设计 (36)3.8本章小结 (36)第4章系统的软件实现 (37)4.1系统软件主流程图 (37)4.2系统初始化流程图 (38)4.3按键子程序 (39)结论 (43)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。

基于单片机的步进电机控制系统的设计一、选题的背景和意义当今工业控制的主流系统，是以微处理器为核心的控制系统，这种系统已经取代了常规的模拟检测、调节、显示、记录等仪器设备的系统，并且具有高度复杂的计算方法和处理方法，被控制对象的各种动态过程都能按照规定的方式和要求来运行。

一般步进电机控制器都用硬件来实现，比如市场上的一些脉冲分配器专用集成电路，这些集成电路体积小，驱动效率高，系统控制也比较稳定，可广泛用于要求高精度、高稳定性的设备中，但是这些驱动模块也有一些缺点：控制机理比较难掌握；品种少，价格高；部分模块只能用于特定场所实习专用功能。

而基于单片机的步进电机控制系统就能很好地解决这些问题：采用单片机的软件和硬件结合进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制，如果需改变控制要求，一般只需改变软件就能适应新的环境。

这样的系统能运用于许多设备中，小到打印机，纸带输送机构，卡片阅读机，大到军用仪器，通信和雷达设备，航空航天工业的系统中。

因而，对于单片机的步进电机控制系统的研究也就显得非常重要了。

二、研究目标与主要内容（含论文提纲）1、本课题的研究目的之一就是设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高的步进电机控制系统。

并且这套系统能够有机地把电子技术、单片机技术、电机的控制技术结合起来。

2、设计一套完整的步进电机H桥驱动电路，并通过理论、仿真的方法对所设计的驱动电路进行验证。

3、设计一套完整的包括键盘电路、显示电路在内的外围电路。

4、对整个控制系统的软件进行编制。

1引言1.1 国内外的研究情况1.2 步进电机控制系统设计的意义1.2.1 国内外常见的步进电机控制系统1.2.2 步进电机基本驱动类型1.3 本论文研究的主要工作和安排2 步进电机的概况2.1 步进电机的特点2.2 步进电机的类型2.3 反应式步进电机3 步进电机控制系统的概述3.1 步进电机控制系统简介3.2 本系统简介及特点3.3 本系统可实现功能4 系统硬件设计4.1 系统组成4.2 系统核心——AT89C20514.2.1 AT89C2051简介4.2.2 系统端口分配4.3 系统外围电路设计4.3.1 显示电路设计4.3.2 键盘电路设计4.3.3 步进电机脉冲输出电路4.4 驱动电路4.4.1 电路原理4.4.2 元件参数选择4.4.3驱动电路仿真5 系统软件设计5.1 系统软件主流程5.2 系统软件运行仿真6 实物制作6.1 硬件制作6.2 程序烧入运行7 总结与展望7.1 本项目取得的成果7.2 研究的不足之处致谢附录三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等本论文首先简单介绍了步进电机的应用和发展的历史，然后介绍了步进电机常见的控制系统方案和常见的驱动方案，在这个基础上提出了自己的设计目的，即设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，操作方便，适应性强，可靠性高，而且能人机交互的步进电机控制系统。

内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于AT89C51单片机的步进电机控制系统设计学生姓名：学号：专业：自动化班级：自动化06-3班指导教师：基于AT89C51单片机的步进电机控制系统摘要步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。

具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。

本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机能根据设定的参数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启动和停止。

硬件是以AT89C51单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。

软件部分采用C语言编程，主要包括键盘显示程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。

关键词：步进电机控制系统；调速；单片机Based on AT89C51 Single-chip ComputerStepping Motor Control SystemAbstractStepping motor is a kind of digital control system components. It can achieve quick start-up, positive inversion, stopping and speed control, according to the control pulse. It has high precision step angle, and can be self-locking when it keeps still. As these characteristics, stepping motor in automatic control system, especially in the open loop control system has been widely applied.This article mainly focuses on taking Single-chip Computer and cycle pulse distributor as the core, and designing the stepping motor control system. Through the design of the software and hardware debugging, it realizes controlling the step motor’s acceleration and deceleration automatically, according to parameter setting. Making the system arrive the end point with the shortest time, but not occur outing of step. Besides it can accurately achieve start-up, positive inversion and shutdown. Hardware takes AT89C51 as the core of control circuit, mainly including: cycle pulse distributor, keyboard and display circuit, stepping motor driving circuit, etc. Software part adopts the C language programming, mainly including keyboard and display program, stepping motor speed control program, stop judging program, etc.Key words: Stepping motor control system; speed control; Single-chip Computer目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 课题提出的背景和研究意义 (1)1.2 课题的主要研究内容 (2)1.3 本章小结 (2)第二章步进电机控制系统设计 (3)2.1 步进电机的原理 (3)2.1.1 三相单三拍通电方式 (3)2.1.2 三相双三拍通电方式 (5)2.1.3 三相六拍通电方式 (6)2.2 环形脉冲分配器 (8)2.3 续流电路 (12)2.3.1 二极管续流 (13)2.3.2 二极管—电阻续流 (14)2.4 步进电机驱动电路 (15)2.5 步进电机的变速控制 (17)2.5.1 变速控制的方法 (19)2.6 步进电机在自动生产线中的应用 (20)2.7 本章小结 (22)第三章控制系统硬件设计 (23)3.1 硬件系统设计原则 (23)3.2 控制系统组成 (23)3.3 主要元件的选择 (24)3.3.1 单片机的选择 (24)3.3.2 EPROM的选择 (25)3.3.3 可逆计数器的选择 (27)3.4 控制系统接口电路的设计 (27)3.4.1 环形脉冲分配器设计 (27)3.4.2 显示电路设计 (29)3.4.3 外部复位电路设计 (30)3.5 控制系统整体电路设计 (31)3.6 本章小结 (31)第四章控制系统软件设计 (32)4.1 软件系统设计原则 (32)4.2 步进电机控制系统功能设计 (32)4.3 主程序设计 (33)4.3.1 主程序工作过程 (33)4.3.2 主程序工作流程图 (34)4.3.3 定时器T0中断程序流程图 (34)4.4 Proteus仿真 (37)4.5 显示程序设计 (39)4.6 键盘程序设计 (39)4.7 调速程序设计 (41)4.7.1 20BY步进电机参数 (41)4.7.2 步进电机转速与频率的关系 (41)4.8 本章小结 (42)第五章结束语 (43)参考文献 (44)附录 (46)附录A 系统程序（C） (46)附录B 20BY步进电机转速与定时器定时常数关系表 (59)附录C 控制系统电路图 (62)致谢 (63)第一章引言1.1 课题提出的背景和研究意义由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中都得到了广泛的应用。

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MSP430单片机的步进电机控制系统设计步进电机是一种电动机，能够将电脉冲信号转换为机械转动。

它具有结构简单、运行平稳、响应速度快、定位精度高等特点，广泛应用于各种机械设备中。

本文主要介绍基于MSP430单片机的步进电机控制系统的设计。

1.系统硬件设计步进电机控制系统的硬件设计需要包括MSP430单片机、步进电机、电源以及其他辅助电路。

1.1MSP430单片机MSP430系列是由德州仪器公司推出的一款低功耗、高性能的16位单片机。

它具有低功耗、高计算性能、丰富的接口资源等特点，非常适合用于步进电机控制系统。

1.2步进电机步进电机是由转子、定子、绕组和传感器组成，可以完成定距离的转动。

根据具体需求，可以选择不同类型的步进电机，如单相、双相、两相、三相等。

1.3电源步进电机控制系统需要提供稳定的电源供电。

可以采用直流电源或者交流电源，具体电压和电流根据步进电机的额定参数确定。

1.4辅助电路辅助电路包括电机驱动电路、电流控制电路、保护电路等。

电机驱动电路可以选择使用驱动芯片，如L293D芯片，来驱动步进电机。

电流控制电路用于控制步进电机的电流大小，保护电路用于保护步进电机不受过电流、过压等问题的影响。

2.系统软件设计步进电机控制系统的软件设计需要编写相应的程序代码，并通过MSP430单片机来控制步进电机的运动。

2.1硬件初始化在软件设计开始之前，需要对MSP430单片机的相关硬件进行初始化设置。

包括设置时钟源、引脚功能、定时器等。

根据具体的单片机型号，可以参考官方提供的资源来进行初始化设置。

2.2电机控制算法步进电机的控制主要通过控制电流脉冲来实现。

根据步进电机的型号和控制要求，可以选择不同的控制算法，如单相步进、双相步进或者微步控制等。

通过控制电流脉冲的频率、信号大小来控制步进电机的转动方向以及速度。

2.3交互界面设计可以通过开发板上的按键、液晶显示屏、串口等方式，设计一个交互界面，用于用户输入控制命令、设置参数以及显示系统状态等。

D10-基于单片机旳步进电机控制系统一、理解什么是步进电机以及其工作原理步进电机是数字控制电机，步进电机旳运转是由电脉冲信号控制旳，其角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每个一种脉冲，步进电机就转动一种角度（不距角）或前进、倒退一步。

步进电机旋转旳角度由输入旳电脉冲数确定，因此，也有人称步进电机为数字/角度转换器。

步进电机旳各相绕组按合适旳时序通电，就能使步进电机转动。

当某一相绕组通电时，对应旳磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，假如定子和转子旳小齿没有对齐，在磁场旳作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小途径旳特点，则转子将转动一定旳角度，使转子与定子旳齿互相对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转旳原因。

二、步进电机旳特点（1）步进电机旳角位移与输入脉冲数严格成正比，因此当它转一转后，没有合计误差，具有良好旳跟随性。

（2）由步进电机与驱动电路构成旳开环数控系统，既非常以便、廉价，也非常可靠。

同步，它也可以有角度反馈环节构成高性能旳闭环数控系统。

（3）步进电机旳动态响应快，易于启停、正反转及变速。

（4）速度可在相称宽旳范围内平滑调整，低速下仍能保证获得很大旳转矩，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，它不能直接用交流电源或直流电源。

（6）步进电机自身旳噪声和振动比较大，带惯性负载旳能力强。

三、步进电机旳控制步进电机旳控制重要包括换相次序旳控制、速度控制、速度控制、加减速控制等，控制系统就是运用单片机旳功能实现以上控制旳系统，即本次设计旳目旳。

四、示意图五、硬件设计计划本设计旳硬件电路只要包括控制电路、最小系统、驱动电路、显示电路四大部分。

最小系统只要是为了使单片机正常工作。

控制电路只要由开关和按键构成，由操作者根据对应旳工作需要进行操作。

显示电路重要是为了显示电机旳工作状态和转速。

驱动电路重要是对单片机输出旳脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。

（1）控制电路根据步进电机旳工作原理可以懂得，步进电机转速旳控制重要是通过控制通入电机旳脉冲频率，从而控制电机旳转速。

毕业设计（论文）题目：基于单片机的步进电机的控制系统系（院）：专业：姓名：学号：校内指导教师：职称：讲师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ULN2004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发光二极管显示出来。

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。

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引言.................................................................. - 1 - 第1章步进电机的现状及趋势............................................ - 2 -1.1 课题研究的目的和意义........................................... - 2 -1.2 国内外研究情况................................................. - 2 -1.3论文的主要研究内容.............................................. - 3 - 第2章步进电机的原理及总体设计........................................ - 4 -2.1步进电机原理及控制技术.......................................... - 4 -2.1.1换相顺序的控制............................................ - 4 -2.1.2步进电机的换向控制........................................ - 4 -2.1.3步进电机的速度控制........................................ - 4 -2.1.4步进电机的起停控制........................................ - 4 -2.1.5步进电机的加减速控制...................................... - 5 -2.1.6步进电机的换向控制........................................ - 6 -2.2总体设计方框图.................................................. - 6 -2.3设计原理分析.................................................... - 6 -2.3.1元器件介绍................................................ - 7 -2.3.2方案论证.................................................. - 8 - 第3章硬件设计........................................................ - 9 -3.1控制电路........................................................ - 9 -3.2最小系统........................................................ - 9 -3.3驱动电路....................................................... - 10 -3.4显示电路....................................................... - 11 -3.5总体电路图..................................................... - 12 - 第4章软件设计....................................................... - 12 -4.1主程序设计..................................................... - 12 -4.2定时中断设计................................................... - 13 -4.3外部中断设计................................................... - 14 -4.4源程序（汇编语言程序）......................................... - 16 - 第5章调试与检测..................................................... - 20 -5.1 程序编译时的错误及处理办法.................................... - 20 -5.2 LM7812出现的错误及解决办法.................................... - 20 -5.3步进电机的转动错误及解决办法................................... - 20 - 第6章结论........................................................... - 21 - 致谢................................................................ - 22 - 参考文献.............................................................. - 23 -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。

基于单片机和cpld的步进电机控制电路一、什么是基于单片机和CPLD的步进电机控制电路基于单片机和CPLD的步进电机控制电路是一种通过微控制器和可编程逻辑器件（CPLD）来控制步进电机运动的电路。

它是一种传动系统，能够将外部信号转换为驱动电机运动的有序电子信号。

二、步进电机控制电路的组成基于单片机和CPLD的步进电机控制电路由三大部分组成，分别是微控制器（MCU）、可编程逻辑器件（CPLD），以及步进电机驱动器（stepper motor driver）。

其中，微控制器（MCU）负责接收外部信号，并将接收到的信号转换成可识别的电子信号，然后通过CPLD输出到步进电机驱动器，以实现步进电机的控制。

三、步进电机控制电路的原理步进电机控制电路的运行原理如下：步进电机由一系列封装在驱动器内部的集成电路组成，它们对外部输入的信号进行响应，从而控制电机的转动方向和速度。

当外部信号输入电路时，MCU就会接收到相应的指令，并将指令转换成可识别的电子信号，然后通过CPLD输出到步进电机驱动器，从而实现对电机的控制。

四、步进电机控制电路的优点1、具有高精度：由于单片机和CPLD的存在，使得步进电机控制电路的精度得到了大大提高，能够实现连续和精确的控制。

2、具有高效率：由于MCU和CPLD具有快速响应，使得步进电机控制电路的运行效率得到了大大提高，可以达到毫秒级别的精确控制。

3、具有高可靠性：由于采用微控制器和CPLD作为控制元件，使得步进电机控制电路具有较高的可靠性，能够在恶劣环境下正常工作。

五、步进电机控制电路的应用步进电机控制电路广泛应用于工业自动化、高精度测量、航空航天、机器人技术等领域，能够有效提高系统的运行精度和效率，为工业自动化系统提供了良好的控制支持。

基于单片机的步进电机控制系统设计与实现1. 本文概述随着现代工业自动化水平的不断提高，步进电机因其高精度、易控制等特点，在各个领域得到了广泛应用。

本文旨在设计并实现一种基于单片机的步进电机控制系统，以实现步进电机的精确控制和高效运行。

本文首先对步进电机的原理和工作特性进行了详细分析，然后选择了合适的单片机作为控制核心，并设计了系统的硬件和软件部分。

在硬件设计方面，本文详细介绍了电源模块、驱动模块、信号处理模块等关键部分的设计与实现在软件设计方面，本文阐述了系统控制算法的设计和程序流程的实现。

通过实验验证了系统的稳定性和可靠性，并对实验结果进行了详细分析。

本文的研究成果对于提高步进电机控制系统的性能，促进工业自动化技术的发展具有重要的理论和实际意义。

2. 步进电机原理及特性步进电机是一种电动机，它将电脑指令转换为机械运动，每接收到一个脉冲信号就转动一个步距角。

这种电机的主要特点是其“步进”功能，即它可以在没有反馈系统的情况下，通过控制脉冲的数量和频率来精确控制旋转的角度和速度。

步进电机的工作原理基于电磁学，它通过施加脉冲电流到电机的线圈上来产生旋转力矩。

电机内部有多个线圈，它们按一定的顺序被激活，产生磁场，这个磁场与永磁体相互作用，从而推动电机的转子转动。

每个线圈的激活对应一个步距角，通过控制线圈的激活顺序和时间，可以实现精确的角度控制。

精确控制：步进电机能够精确地控制旋转的角度和速度，这对于需要精确定位的应用场景非常重要。

无需反馈系统：与伺服电机不同，步进电机不需要外部反馈系统来控制位置，这简化了控制系统的设计。

低速度时的高扭矩：步进电机在低速时能提供较高的扭矩，适合于需要大扭矩但速度不高的场合。

控制简便：步进电机的控制通常只需要简单的数字信号，易于与微控制器或单片机接口。

速度与扭矩的可调性：通过改变脉冲频率和电流大小，可以调整步进电机的转速和扭矩。

失步问题：在高速或高负载的情况下，步进电机可能会出现失步现象，即电机的实际位置与控制信号指示的位置不同步。

单片机控制步进电机的原理
单片机控制步进电机是通过对步进电机的相序进行控制，从而实现不同的转动效果。

步进电机通常由定子和转子组成，定子上的绕组接通不同的电流即可实现不同的步进角度。

在单片机控制步进电机过程中，首先需要电源为步进电机提供工作电压。

然后，通过单片机的输出引脚来控制步进电机驱动器的相序，驱动器根据接收到的相序信号，将不同的电流通入步进电机的不同相序绕组，从而引起转子的步进运动。

单片机通常会配置一个时序驱动器，用来产生相序信号。

时序驱动器内部会保存一个相序表，包含所有可能的相序组合。

单片机通过改变时序驱动器的输入信号，来改变驱动器输出的相序信号，从而实现对步进电机的控制。

在实际应用中，单片机一般使用脉冲信号来驱动步进电机。

每个脉冲信号会引起步进电机转动一个固定的角度，这个角度取决于步进电机的结构特性，如步距角等。

通过改变脉冲信号的频率和相序，可以控制步进电机的转速和转向。

例如，正转时，依次给出相序A、B、C、D；反转时，依次给出相序D、C、B、A。

这样，单片机通过控制相序信
号的变化，就能控制步进电机的运动模式。

除此之外，单片机还可以结合其他传感器信息来实现更复杂的步进电机控制。

例如，通过接收光电传感器的信号，可以实现步进电机在指定位置停止；通过接收陀螺仪的信号，可以实现
步进电机的姿态控制等。

总之，单片机控制步进电机的原理是通过改变步进电机的相序，从而控制步进电机的转动效果。

这样的控制方式简单可靠，广泛应用于各种工业自动化和机器人控制领域。

目录前言 (1)1、选题背景 (2)、课题背景 (2)、研究的目的和意义 (3)1.2.1、研究的目的 (3)1.2.2、研究的意义 (3)、课题研究的内容 (4)2、方案论证 (4)、单片机的介绍 (4)2.1.1、单片机的概述 (4)2.1.2、单片机的特点 (5)2.1.3、单片机的应用领域 (5)2.1.4、单片机的选择 (6)2.1.5、AT89C51简介 (7)、步进电机的介绍 (10)2.2.1、步进电机的概述 (10)2.2.2、步进电机的工作原理 (10)2.2.3、步进电机的结构及分类 (11)2.2.4、步进电机的特点： (12)2.2.5、步进电机的选择 (12)2.2.6、步进电机的指标术语 (13)、仿真软件的介绍 (14)2.3.1、keil软件 (14)2.3.2、proteus软件 (15)、驱动电路的选择 (16)、显示电路的选择 (16)3、设计或实验过程论述 (16)、硬件电路的设计 (16)3.1.1、硬件设计的总体方案 (17)3.1.2、单片机最小系统 (17)3.1.3、按键部分 (18)3.1.4、电机驱动芯片 (19)3.1.5、电机驱动芯片 (20)3.1.6、步进电机 (21)3.1.7、显示部分 (22)3.1.8、硬件的焊接 (22)、软件部分 (23)3.2.1、主程序 (23)、显示子程序 (24)3.2.3、键盘扫描子程序 (25)4、基于AT89C51的步进电机控制系统的实现 (25)、系统的故障及调试 (25)4.1.1、软件部分 (25)4.1.2、硬件部分 (26)、设计结果 (26)5、总结与展望 (27)、总结 (27)、展望 (28)参考文献 (28)致谢 (29)附录 (30)基于单片机的步进电机控制系统设计摘要：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。

基于单片机的步进电机控制系统硬件设计摘要：系统通过单片机作为步进电机的控制核心，完成了步进电机的硬件电路设计，实现了步进电机的启／停控制、正反转，以及转速的测量和显示，适用范围较广，且电路简单，成本较低，控制方便，实用价值高。

关键词：单片机步进电机驱动电路霍尔传感器0 引言基于单片机的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，在数控机床、机器人，定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等领域有着广泛的应用。

步进电机是将脉冲信号转换成角位移，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，因此步进电机非常适用于单片机控制。

步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。

因此，单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。

1 系统总体方案设计步进电机控制系统主要由单片机、键盘led、驱动／放大和测速电路等4个模块组成，该控制系统可实现的功能：①通过键盘启动／暂停步进电机、设置步进电机的转速和改变步进电机的转向；②通过led管显示步进的转速和转向等工作状态；③实现二相或四相步进电机的控制：④通过霍尔传感器能够实现对步进电机的速度测量。

系统总体方案设计如图1所示。

2 系统硬件设计2.1 单片机模块单片机的最小系统电路包括时钟电路和复位电路。

本文所设计的系统中，时钟电路采用外接12m晶振。

复位电路作用是使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定状态开始运行。

本文采用上电复位。

2.2 键盘输入模块为实现人机对话，该系统设计扩展了4个按钮作为输入键盘，可手动直接操作该控制系统。

系统上电后，通过键盘输入步进电机的启停、步数转速和转向等。

如图2所示，设计p3口接4按钮键盘，键盘电路如图2所示：其中，s0接p3.7控制加速，s1接p3.6控制减速，s2接p3.5控制正转，s3接p3.4控制反转。

2.3 驱动电路模块为了实现对步进电机的高精度控制，系统采用步进电机驱动芯片tb6560ahq，它是东芝公司主推的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片，具有双全桥mosfet驱动，耐压40v，具有整步、1/2细分、1/８细分、1/16细分运行方式可供选择，配合简单的外围电路即可开发出高性能的驱动电路。