步进电机课程设计报告

目录

一、步进电机介绍 1

1.1 步进电机发展现状 1

1.2 步进电机工作原理 1

1.3 步进电机的特点 2

1.4 步进电机换相、转向及加/减速控制方案 2

1.5 步进电机工作方式 2

1.6 选用电机 3

二、硬件电路设计 4

2.1 设计思路 4

2.2 芯片介绍 4

2.2.1 8088CPU 4

2.2.2 8255A 7

2.2.3 ULN2803 9

2.3 模块接线图 9

2.4 硬件原理图 10

2.4.1 8088最小系统连接电路 10

2.4.2 步进电机控制接线电路 10

2.4.3 驱动电路2803 11

2.4.4 35BYJ46步进电机接线电路 11

三、软件设计 12

3.1 软件算法 12

3.2 程序流程图 14

3.3 源程序 14

四、总结 17

一、步进电机介绍

1.1 步进电机发展现状

步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一，是一种性能良好的数字执行元件，随着计算机应用技术、电子技术和自动控制技术在国民经济各个领域中的普及与深入，步进电机的需求量越练越大。

随着工业技术的不断发展，以及同类产品的不断出现，步进电机面临着前所未有的挑战。但近30年来，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展，推动步进电机的发展，为步进电机的应用开辟了广阔的前景，近几年来，步进电机需求量一直呈现出较快的增长速度，其中扫描仪、打印机、传真、DVD-ROM/CD-ROM驱动器、空调及多功能自动化办公设备等应用对步进电机的需求增长最强。此外由于USB2.0的日益流行促进了高分辨率扫描仪的销售，步进电机向着小型、薄型和更小的步进角度发展。

1.2 步进电机工作原理

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。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

四相步进电机步进示意图

1.3 步进电机的特点

(1) 输出转角大小与输入脉冲数严格成比例，即来一个脉冲，转一个步距角，且在时间上与输入脉冲同步。

(2) 电机转子转速随输入信号的脉冲频率而变化。即控制脉冲频率，可控制电机转速。

(3) 借助控制线路，易于获得正反转、间歇运动等特殊功能。即改变脉冲顺序，改变方向。

(4) 转子的转动惯量小，启动、停止时间短。一般在信号输入几毫秒或几十毫秒后，即能使电机转动或达到同步转速。信号切断后，电机立即停止转动。

(5) 输出转角精度高，无累积误差。

(6) 步进电机的工作状态对各种干扰因素不敏感。

(7) 控制特性好。

(8) 步距值不受各种干扰因素的影响。

(9) 总位移量取决于总的脉冲数

1.4 步进电机换相、转向及加/减速控制方案

(1) 控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。四相步进电机的八拍工作方式，其各相通电顺序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. ,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。

(2) 控制步进电机的转向

如果给定工作方式正序通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

(3) 控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

1.5 步进电机工作方式

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩

小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图5-2-2.a、b、c所示：

a. 单四拍

b. 双四拍

c. 八拍

图1-1 步进电机工作时序波形图

1.6 选用电机

35BYJ46型四相八拍电机，电压为DC12V，其励磁线圈及励磁顺序如下所示：

1

3

5

4

2

图1-2步进电机励磁线圈接线图

表1四相八拍步进电机励磁顺序

12345678 5++++++++

4---

3---

2---

1---二、硬件电路设计

2.1 设计思路

以8088CPU为基础设计计算机控制系统硬件电路，包括支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、键盘、显示、通信端口等）。选用8255扩展I/O接口,选取ULN2803芯片作为驱动单元，通过编程实现步进电机调速控制和正反转控制。

2.2 芯片介绍

2.2.1 8088CPU

图2-1 8088管脚图

A16～Al9／S3～S6

地址/状态复用引脚（输出、三态）。当8088输出地址时，这4个引脚上送出地址的最高4位A16～A19。当8088输出状态时，这4个引脚送

出状态信号S3～S6，其中S6始终为逻辑0，S5指示中断允许标志位IF的状态，S4、S3的指示CPU当前正在使用的段寄存器。

A8～A15

地址（输出、三态）。CPU访问存储器或I/O接口时，从这些引脚送出地址信号A8～A15。

AD0～AD7

地址/数据复用引脚（双向、三态）。当ALE=1时，这些引脚上传输的是地址，而不是数据。

M/IO

IO/存储器控制（输出、三态）。低电平表示CPU当前访问的是存储器，高电平表示访问的是I/O接口。

WR

写控制（输出、三态）。低电平表示CPU正在对存储器或I/O接口进行写操作。

DT/R

数据传送方向控制（输出、三态）。用于确定数据传送的方向。高电平时表示CPU向存储器或I/O接口发送数据；低电平表示CPU从存储器或I/O接口接收数据。此信号常用于控制总线收发器的传送方向。

DEN

数据允许（输出、三态）。低电平表示数据总线上有有效数据。它在每次访问内存或I/O接口以及在中断响应期间有效。它常用作数据总线驱动器的片选信号。

ALE

地址锁存允许（输出、三态）。高电平表示地址线上有有效地址。它常作为锁存控制信号将A0～A19锁存到地址锁存器。

RD

读控制（输出、三态）。低电平表示CPU正在对存储器或I/O接口进行读操作。

READY

“准备就绪”（输入、高电平有效）。它是被访问的内存或I/O接口发出的响应信号，高电平表示存储器或I/O设备已准备好，可以进行数据传送。若存储器或或I/O设备没准备好，则可将此引脚拉低。CPU在总线周期的T3采样READY引脚，若为低电平，CPU将自动插入1个或多个等待周期Tw。直到READY变为高电平后，CPU才脱离等待状态，继续执行后续操作。

NMI

非屏蔽中断请求（输入、上升沿有效）。此信号不能用软件屏蔽。