下载文档原格式
步进电机控制系统课程设计一、 31. 系统设计摘要 (3)2. 系统设计概要 (3)（1）设计目的 (3)（2）设计内容 (3)（3）工作原理 (3)I.步进电机工作原理II.设计工作原理二、 (5)1总体设计.......................................... 5 2．系统控制电路 (5)三、.......................................... 8 1总体设计.......................................... 8 （1）设计思想.......................................... 8 （2）系统总体流程图.................................... 9 2关键模块设计. (10)1开关控制流程图.................................... 10 2通电方式流程图 (11) (12) (13) (16)1.步进电动机是机电数字控制系统中常用的控制元件之一。
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中得到了广泛应用。
如在绘图机，打印机及光学仪器中，都采用了步进电机。
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：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（及步进角）。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时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。
步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机,其步距角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例;它易于实现与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。
本设计通过一种设计方案，包括硬件的介绍和组建、硬件原理图和软件流程图的设计、源程序的编写等，介绍一种基于单片机的步进电机运行控制系统。
目录第一章课程设计主旨 (2)1 设计内容 (2)2 设计背景 (2)第二章课程设计背景1 步进电机 (2)2 AT89C51单片机 (4)3 8255A简介 (5)4 ULN2003A简介 (6)第三章课程设计硬件电路及接线 (6)1 AT89C51单片机连接及周边电路 (6)2 8255A并行接口电路 (7)3 四个独立键盘接线图 (9)4 ULN2003A电机驱动电路 (9)5 步进电机接线图 (10)第四章课程设计原理图及程序 (10)1 电路原理图 (10)2 程序流程图 (11)3 程序汇编及注释 (12)4 课程设计结果验证 (14)第五章课程设计心得 (17)附录一 (18)步进电机控制设计摘要：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。
主要用于数字控制系统中，精度高且运行可靠。
它在现代控制领域中起着非常重要的作用。
本次设计中，采用基于A T89C51单片机为核心，包括系统硬件设计和系统软件设计，来实现对步进电机的控制。
通过单片机电路的设计，使之输出信号进入8255A来控制步进电机的运转，控制转速和旋转方向等。
并编写正确的汇编程序，并使用仿真软件进行控制系统的仿真。
关键字：步进电机A T89C51 8255A 仿真第一章课程设计主旨1.课程设计内容：本次课程设计的要求是，实现利用8255的输出来控制步进电机的运转，并要求能拨动开关控制步进电机的转速或正反转。
2. 课程设计要求：提高综合运用于解决实际问题的能力，利用8255A并行接口微机和外设的通信，加深对8255A并行接口的理解和应用能力，更熟练的掌握汇编语言基本指令和常用语句的应用，体会从实际问题中抽象出模型，并利用模型解决实际问题的能力，积累实践经验和实际动手解决问题的能力。
本实验要求在熟悉汇编语言基本和8255A工作原理的基础上，利用汇编程序输出符合条件的脉冲信号，经外电路放大后可以驱动步进电机转动，最终达到步进电机调速控制的目的。
课程设计报告题 目： 步进电机转速控制显示系统 学生姓名： 陶宁 学生学号： 09080201321该设计要求通过程序实现单片机对电动机进行控制。
共包含五个键盘，分别操控正转、反转、停止、加速、减速。
并且讲电动机的转动状态反映在LCD 上。
1.3 课程设计的研究基础2步进电机转速控制显示系统方案制定 2.1 方案提出方案一：使用开关直接控制电动机的正反转以及转速控制，此种设计非常简便易操作，共两个开关控制。
方案一：本方案十分简单，除了实现正常的正转反转，只能实现步进电机的正转加速，还有反转减速，并不能实现正转减速或者反转加速等功能。
程序设计上比较简单，实用性不大。
方案二：本方案较方案一复杂些，并且成功的实现了电机的正转加速和减速，反转的加速和减速，简单明了，控制范围更大，实用性更强。
但是由于复杂性增加，程序的编写难度上就增加了。
2.3 方案论证对于以上两个方案比较分析得出：方案二成功的实现了方案一所有的功能，而且其他功能上更加全面。
使用上也更加易操作。
方案一对于简单的应用可以适用，但局限性很大，有时无法实现必要的功能。
2.4 方案选择根据以上的比较论证，选择方案二。
3 步进电机转速控制显示系统方案设计3.1各单元模块功能介绍及电路设计该设计分为控制模块，驱动模块，显示模块。
，从而—FalshAT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
1）主要特性a.与MCS-51 兼容b.4K字节可编程闪烁存储器c.寿命：1000写/擦循环d.数据保留时间：10年e.全静态工作：0Hz-24Hzf.三级程序存储器锁定g.128*8位内部RAMk.可编程串行通道l.低功耗的闲置和掉电模式m.片内振荡器和时钟电路2）管脚说明a.VCC：供电电压。
b.GND：接地。
c.P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
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，从而达到调速目的[3]。
（封面）XXXXXXX学院微机原理课程设计实验报告题目：院（系）：专业班级：学生姓名：指导老师：时间：年月日课题名：步进电机控制一、课题内容和提示：编程提示：（1）步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机做步进式旋转。
调节输入脉冲的频率可改变步进电机的转速。
（2）编写程序使步进电机按正转10圈，反转5圈，再正转10圈，再反转5圈的规律旋转。
（3）调整延时参数，使步进电机的转动速度为每秒5转。
二、报告要求：每秒5转对应的延时参数是多少？，这个数字与微机的速度有什么关系？为什么？三、设计思路：（1）前言：步进电机具有控制简便、定位准确等特点。
随着科学技术的发展,在许多领域将得到广泛的应用。
鉴于传统的脉冲系统移植性不好,本文提出微机控制系统代替脉冲发生器和脉冲分配器,用软件的方法产生控制脉冲,通过软件编程可以任意设定步进电机的转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。
以简化控制电路,降低生产成本,提高系统的运行效率和灵活性。
在此基础上提出了双三拍步进电机程序控制的硬件接口电路、程序流程图和汇编程序。
步进电机是自动控制系统中常用的执行部件。
步进电机的输入信号为脉冲电流,它能将输入的脉冲信号转换为阶跃型的角位移或直线位移,因而步进电机可看作是一个串行的数/模转换器。
由于步进电机能够直接接受数字信号,而不需数/模转换,所以使用微机控制步进电机显得非常方便。
（2）步进电机有以下优点:(1)通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制;(2)位置误差不会积累;(3)与数组设备兼容,能够直接接收数字信号;(4)可以快速启停。
（3）步进电机的工作原理：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。
目录1 总体方案的确定 (1)1.1 对步进电机的分析 (1)1.2 电机的控制方案 (2)1.3 控制算法的方案 (3)1.4 串口通讯的模拟 (3)2 硬件的设计与实现 (4)2.1 微处理器的选择 (4)2.2 控制电路的实现 (4)2.3 键盘和显示电路 (6)3 软件的设计与实现 (7)3.1 控制信号输入程序 (7)3.2 步进电机控制程序设计 (8)3.3 程序分析及说明 (10)4 系统的仿真与调试 (11)4.1 程序的调试 (11)4.2 串口通信的调试 (11)4.3 调试结果及分析 (12)5 设计总结 (13)参考文献 (14)附录 (15)步进电机速度控制系统设计1 总体方案的确定系统以单片机为核心，接收并分析来自键盘或串口的控制指令，经过CPU的逻辑计算输出控制信息，让步进电机按要求转动。
由于步进电机是开环元件，系统不需反馈环节，但也同时要求控制信号足够精确。
此外，为实现单片机与电机之间信号对接，需要加入步进电机驱动单元。
1.1 对步进电机的分析步进电机又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转化为角位移的机电式数模转换器。
在开环数字程序控制系统中，输出控制部分常采用步进电机作为驱动元件。
步进电机控制线路接收计算机发来的指令脉冲，控制步进电机做相应的转动，步进电机驱动数控系统的工作台或刀具。
很明显，指令脉冲的总数就决定了数控系统的工作台或刀具的总位移量，指令脉冲的频率决定了移动的速度。
因此，指令脉冲能否被可靠地执行，基本上取决于步进电机的性能。
步进电机的工作就是步进转动。
在一般的步进电机工作中，其电源都是采用单极性的直流电源。
要是步进电机转动，就必须对步进电机定子的各相绕组以适当的时序进行通电。
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（即步进角）。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，即可达到调速的目的。
课程名称微机原理与应用课题步进电机控制系统设计专业班级 ***学生姓名 *** 学号 ***指导老师 *** 审批目录第1章概述 (1)1.1单片机概述 (1)1.2步进电机概述 (2)第2章系统总体方案设计 (3)2.1系统总体设计思路 (3)2.2系统总体设计方案方框图 (3)第3章硬件介绍与说明 (4)3.1开发板按键硬件连接及实物说明 (4)3.2开发板数码管硬件连接及实物说明 (5)3.3开发板步进电机硬件连接及实物图 (6)第4章软件设计流程 (7)4.1系统整体流程概述 (7)4.2系统整体流程图 (8)第5章调试结果与说明 (9)5.1系统调试 (9)5.2调试说明 (9)5.3调试结果 (10)第6章总结 (12)参考文献 (13)附录 (14)附录A系统原理图 (14)附录B程序清单 (15)第1章概述1.1 单片机概述单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。
同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。
而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
AT89系列单片机。
他不但具有一般MCS-51单片机的所有特性，而且还拥有一些独特的优点，此次设计中所用到的STC90C52RC就是其中典型的代表。
STC单片机是以51内核为主的单片机：●高速:1个时钟/机器周期,增强型8051内核,速度比普通8051快8～12倍●宽电压:5.5～4.1V/3.7V,3.6V～2.4V/2.1V(STC11/10L系列)●低功耗设计:空闲模式(可由任意一个中断唤醒)●低功耗设计:掉电模式(可由任意一个外部中断唤醒,可支持下降沿/低电平和远程唤醒,STC11xx系列还可通过内部专用掉电唤醒定时器唤醒) ●工作频率:0～35MHz,相当于普通8051:0～420MHz。
目录第1章总体设计方案 (1)1.1课程设计的内容和要求 (1)1.2课程设计原理 (1)1.3课程设计思路 (2)1.4实验环境 (3)第2章详细设计方案 (4)2.1实现方法 (4)2.2模块设计 (5)2.2.1 步进电机的驱动 (5)2.2.2 按键电路设计 (5)2.2.3 时钟产生及复位电路 (6)2.3主程序流程图图 (7)第3章调试及结果分析 (8)3.1调试步骤及方法 (8)3.2实验结果及分析 (8)参考文献 (9)附录1（源程序） (10)附录2（系统原理图） (14)附录3（器件清单） (15)第1章总体设计方案1.1 课程设计的内容和要求一、课程设计内容：步进电机是一种将电脉冲转换成角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种能把输出解析为唯一增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。
步进电机具有快速启动、停止的能力，精度高、控制方便，因此，在工业上得到了广泛应用。
利用单片机控制一个步进电机，而且要满足如下技术指标：（1）开始通电时，步进电机停止转动。
（2）单片机分别接按键开关K1、K2和K3，用来控制步进电机的转向，要求如下：当按下K1时，步进电机正转。
当按下K2时，步进电机反转。
当按下K3时，步进电机停止转动。
步进电机的工作方式有单四拍、双四拍、单双八拍。
二、课程设计要求：1. 独立完成课程设计任务；2. 通过老师当场验收；3. 交出完整的课程设计报告。
1.2课程设计原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：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（及步进角）。
可以通过控制脉冲个来控制角位移量，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，从而达到调整节拍的目的。
本次设计是采用步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。
当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。
目录一、设计目的 (3)二、设计要求 (3)三、仪器设备 (3)四、硬件线路图及主要芯片说明 (3)1.系统所使用的开发板上的区域 (3)2.系统硬件电路图 (3)3.系统所用主要芯片说明 (4)3.1 STC89C52RC芯片介绍 (4)3.2 ULN2003A芯片介绍 (4)3.3LCD1602液晶介绍 (4)五、系统工作原理 (5)1.步进电机介绍 (5)2.控制原理基本框图 (5)六、程序框图 (6)七、程序清单 (7)八、设计体会 (12)九、参考文献 (12)一、设计目的通过具体小型测试系统设计，实践单片机系统设计及调试的全过程，以加深对单片机内部结构、功能和指令系统的理解，并进一步学习单片机开发系统的应用及一些外围芯片的接口和编程方法，初步掌握单片机系统的硬、软件设计技术及调试技巧。
了解步进电机的构造、驱动、工作原理以及步进电机的一些指标术语，掌握步进电机的转动控制方式和调速方法。
加深对单片机开发试验仪各部分功能的了解与使用，方便对以后的设计进行开发、编程与调试。
熟练C语言以及函数、中断的使用。
二、设计要求1)电机转速可以平稳控制2)通过键盘可以选择电机的转动方式3)通过键盘可以设置电机的转速4)显示器可以显示步进电机的运行状况1.系统所使用的开发板上的区域步进电机实验区上面有一个四相步进电机及其驱动芯片，用户可以在上面进行步进电机控制的相关实验。
步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移实现电机转动。
键盘实验区的按键控制步进电机的启动/停止，正/反转，加/减速，本设计采用单键控制启停、单键控制正反转以及两个按键分别控制加减速。
用STC89C52RC单片机实现控制整个步进电机系统的启动/停止，正/反转，加/减速以及驱动LCD1602显示步进电机的运行状况。
2.系统硬件电路图步进电机运动系统的硬件电路图（用Proteus绘制）如下图所示：3.系统所用主要芯片说明3.1 STC89C52RC芯片介绍STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。
微机原理 课程设计报告
题 目 步进电机转速实时控制 学 院 专 业 学生姓名 学 号 年级 指导教师 职称
二〇 年 月 I
步进电机转速实时控制 摘要：本设计采用电压为DC12V的四相八拍35BYJ46型步进电机，以8255A作为8086并行输出接口，并通过编写汇编语言控制8255A的A口，进而控制步进电机转速状态。通过输入预先设定好的转速状态对应值，即可控制电机的转速状态。转向可以通过查表来实现，以逐次递增方向查表，则步进电机正转；以逐次递减方向查表，则步进电机反转。转速则通过调用延时子程序，当调用延时较长的子程序时，则步进电机转速慢，当调用延时较短的子程序时，步进电机转速加快。 关键词：步进电机;8255A;控制 II
目 录 第1章 绪论 ................................................................................................................................................... 1 1.1 研究背景 .......................................................................................................................................... 1 1.2 选题的目的和意义 .......................................................................................................................... 1 1.3 本课程设计的主要内容 .................................................................................................................. 2 第2章 步进电机转速实时控制 ................................................................................................................... 3 2.1 设计方案 .......................................................................................................................................... 3 2.2 硬件系统基本原理 .......................................................................................................................... 3 2.2.1 步进电机35BYJ46 ............................................................................................................... 3 2.2.2 可编程并行接口芯片8255A ............................................................................................... 6 2.3 系统软件 .......................................................................................................................................... 8 2.3.1 软件框图 ............................................................................................................................... 8 2.3.2 程序代码 ............................................................................................................................. 10 第3章 结束语 ............................................................................................................................................. 15 参考文献 ....................................................................................................................................................... 17 **大学课程设计报告
1 第1章 绪论 1.1 研究背景 在普通旋转电机的基础上产生的各种控制电机与普通电机本质上并没有差别，只是着重点不同。普通旋转电机主要是进行能量变换，要求有较高的力能指标，而控制电机主要是对控制信号进行传递和变换,要求有反应快、精度高、运行可靠等控制性能。控制电机因其各种特殊的控制性能而常在自动控制系统中作为执行元件、检测元件和解算元件。步进电机就是一种应用非常广泛的控制电机。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。当电机连续不断地收到脉冲信号，电机就一步一步地转动，这就是步进电机名称的由来。这一线性关系的存在，加上输入的脉冲与其位移量有严格的对应关系,不会产生步距脚累积误差的特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变化非常简单。如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。[1]
步进电动机经过几十年的发展，已成为除直流电动机和交流电动机以外的应用最广泛的第三类电动机。在开环高分辨率的定位系统中，至今还没有发现更合适取代它的产品，特别是在一些功率相当小的系统中，步进电机更具有无可替代的主流地位。预计未来步进电机的研究还会持续深入下去，研究方向之一是电机与驱动的一体化，使步进电机体积更小巧、性能更优越，性价比更高，在大量的民用设备中批量化使用，如家庭机器人、民用智能化设备等；研究方向之二是在功率或机座号相对较大的步进电动机中，与属于BIDCM(稀土永磁无刷直流电机)的交流伺服电动机系统会合，具体来说可能会借鉴交流伺服系统的控制技术，但保留了部分步进电动机的特点，形成一种新的“步进伺服电动机”或“伺服步进电动机”，在克服低频振荡、高频过载能力小、快速性不足和效率低等方面取得突破性进展，从而在现代军事、精密机械加工、航空航天等领域的应用越来越深入。[2]
1.2 选题的目的和意义 步进电机已被广泛地应用并且其应用前景十分乐观，因此学习和掌握步进电机是非常必要的。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。它必须由形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此通过运用所学的专业知识，掌握四相步进电机接口电路**大学课程设计报告 2 原理和步进电机正、反转工作原理以及转速控制原理，设计出相应硬件电路和软件实现对四相步进电机的实时控制，达到加深对所学知识的理解和掌握，运用所学的理论和方法进行实践、解决问题和认识步进电机、简单控制步进电机的目的。
1.3 本课程设计的主要内容 1）阐述步进电机与8255A的接口电路原理。 2）编写出使步进电机低速正、反转和高速正、反转以及显示转速状态的程序。 3）在实验箱上调试程序，达到所设计的结果。 **大学课程设计报告
3 第2章 步进电机转速实时控制 2.1 设计方案 本设计采用电压为DC12V的四相八拍步进电机35BYJ46型电机，用ULN2003作为步进电动机驱动电路主芯片，以8255A作为8086并行输出接口，8086对步进电机的控制信号则通过8255A送到ULN2003。 通过输入预先设定好的转速状态对应值，即可控制电机的转速状态。转向与转速，通过查表的方式实现，以逐次递增方向查表，依次输出表中数据，则步进电机正转；以逐次递减方向查表，则步进电机反转，即通过一个表实现步进电机的正转与反转。转速则通过调用延时子程序，当调用延时较长的子程序时，则步进电机转速慢，当调用延时较短的子程序时，步进电机转速加快。
2.2 硬件系统基本原理 2.2.1 步进电机35BYJ46 1）四相步进电机励磁线圈及其励磁顺序 本设计采用的步进电机为35BYJ46型四相八拍电机，电压为DC12V，其励磁线圈及其励磁顺序如图2-1和表2-1所示：
13
542 图2-1励磁线圈 **大学课程设计报告
4 表2-1励磁顺序
2）四相步进电机驱动原理 四相步进电机示意图见图2-2，电气连接图见图2-3，转子由一个永久磁铁构成，定子分别由四组绕组构成。 Φ1
Φ2
Φ3Φ4
C
CC
C
图 2-2 电机定子和转子示意图 +12VΦ1Φ2Φ3
S1S2S3 图 2-3 电气连接示意图 当S1连通电源后，定子磁场将产生一个靠近转子为N极，远离转子为S极的磁场，这样的定
子磁场和转子的固有磁场发生作用，转子就会转动，正确地S1、S4的送电次序，就能控制转子旋转的方向。 例如：若送电的顺序为S1闭合→断开→S2闭合→断开→S3闭合→断开S4→闭合→断开，周而复始的循环，在定子和转子共同作用下，电机就瞬时针旋转如图2-4。
1 2 3 4 5 6 7 8 5 + + + + + + + + 4 - - 3 - - - 2 - - - 1 - - -
