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1、目录摘要ABSTRACT第 1 章 绪 论11.1 设计背景11.2 设计要求1第 2 章 硬件设计22.1总体方案流程22.2 各部分设备及芯片22.2.1 步进电机22.2.2 单片机的介绍及其选择62.2.4 MAX232芯片的介绍132.3 上位机设计142.4下位机设计14第3章 软件设计153.1 上位机软件任务153.2 上位机界面实现153.3 串行口模块163.3.1 概述163.3.2 RS-232串行口163.3.3 串行口通信原理和通信流程163.3.4在vb平台下实现串口通信17第4章 系统调试与实验18总结20参考文献21附录21步进电机的PC控制（硬件部分）摘 要
2、人类社会进入自动化时代的今天，步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。当传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统要求的时候，一系列新的具备控制功能的电动机系统便诞生了。其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类，便是步进电动机。步进电机是一种执行机构，它能将电脉冲转化为角位移。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
3、加速度，从而达到调速的目的。本设计采用PC作为上位机，51系列单片机作为下位机对五线四相步进电机进行控制，对步进电机控制的硬件和软件方面分别进行研究并加以结合，最终成功的实现步进电机的PC控制系统。预计未来步进电机的研究将会继续深入下去，研究方向之一便是电机与驱动的一体化，从而达到减小体积、提高性能和性价比的目的。关键词：四相五线步进电机、AT89C51单片机、ULN2003、MAX232PC CONTROL OF STEPPER MOTOR (Hardware)AbstractIn todays human society of automation age, stepper motor h
4、as become the third type of motor after DC motor and AC motor. Traditional motors, as electrical and mechanical conversion device, play a key role in the process of electrical life. When the traditional function of the motor could not meet the factory automation and office automation requirements, a
5、 series of new motor system with control functions have been born. Stepper motor is the one which has its own characteristics, and wide applications.Stepper motor is an electrical pulse into the angular displacement of the implementing agency. When the driver receives a step pulse signal, it will dr
6、ive a stepper motor to set the direction of rotation at a fixed angle (and the step angle). Number of pulses can be controlled by controlling the angular displacement, so as to achieve accurate positioning purposes; the same time by controlling the pulse frequency to control the motor rotation speed
7、 and acceleration, to achieve speed control purposes.This design takes a PC as the host computer, 51 series as the next line of four-bit machine on the five-phase stepper motor control, stepper motor control hardware and software to study and be combined, respectively, to achieve the ultimate succes
8、s of the stepper motor PC control system.Stepper motor will continue to develop in the future, one research direction is the integration of motor and driver which is aimed to reduce size, improve performance and cost-effective.KEYWORDS: Four-phase five-line stepper motor, AT89C51 SCM, ULN2003, MAX23
9、2第 1 章 绪 论1.1 设计背景科技的进步，社会的发展，IT 技术的飞速发展，以至于单片机应用系统几乎覆盖了整个社会。单片机的应用领域已经越来越广泛，它所给人带来的方便更加是不可否定的，我们身边的许多电子领域广泛的应用到各种单片机产品，例如汽车电子、PDA、互联网应用产品、机顶盒等产品的迅速发展，已成为目前单片机市场上新的亮点。当今，单片机控制系统在功能、可靠性、实时性、控制算法等方面得到了快速发展，单片机性能可靠、稳定。凭借其体积小、功能强、功耗低、高性价比等优势，迅速地在工业控制、工业仪表和民用产品中得到了广泛的应用。步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，其原理是通过对它每相线圈中的
10、电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。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。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。但步进电机的驱动信号往往还是用一些专用的模拟芯片控制器或者是信号发生器来产生，缺乏灵活性、可靠性。在一些智能化要求较高的场合，用模拟芯片及信号发生器来控制步进电机有一定的局限性，可以采用AT89C51单片机控制步进电机以改善其性能。本文就PC控制步进电机定位系统的单片机和步进电机设计进行了介绍，该方法为构建低成本、高效率、便于维护的单片机系
11、统提供了良好的体系框架结构和设计思想。1.2 设计要求步进电机在精密仪器运动控制中有重要应用。论文主要内容包括：步进电机转速和转向控制硬件设计。控制器与PC的RS232通信硬件设计。主要参数：控制器详细电路驱动器详细图第 2 章 硬件设计2.1总体方案流程本设计构建了一个步进电机控制系统，系统的硬件组成主要有：计算机，MAX232,51系列单片机、ULN2003驱动电路，步进电机。上位机采用的软件是VB6.0。该系统在分析目前步进电机特点基础上，确定步进电机功能要求。针对步进电机的功能要求，提出了控制系统的详细方案。系统方案流程如下图：RS-232电机驱动器51单片机PC 2.2 各部分设备及
12、芯片2.2.1 步进电机2.2.1.1 步进电机概述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）。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
13、和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，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。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。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。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
14、应用。2.2.1.2 步进电机特性及优缺点（1）步进电机的精度一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 （2）步进电机外表允许的最高温度 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。 （3）步进电机的力矩 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小
15、，从而导致力矩下降。 （4）步进电机的转速 步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。（5）优点1.电机旋转的角度正比于脉冲数； 2.电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）； 3.由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性； 4.优秀的起停和反转响应； 5.由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命； 6.电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本 7.仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低
