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1、. . . . 毕业设计（论文）报告 题 目 基于单片机控制的步进电 机控制器 / 基于单片机控制的步进电机控制器摘要：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。本系统采用AT89S51单片机来控制步进电机，不仅可
2、以实现电机的正反转，还可以实现17级调速，以与LED状态显示功能，电路设计可靠且易于实现，程序设计简单易懂。本系统主要由按键电路、单片机最小系统、AT89S51单片机、步进电机状态显示电路、驱动电路以与步进电机等几部分组成。输出驱动电路采用一个六非门芯片74LS04和四个三极管，来驱动步进电机的四相绕组。短路保护采用一个0.4A的保险管，防止因绕组短路而烧毁烧毁电机。关键词：步进电机 单片机 单片机最小系统 子程序 Based on thesingle chip microcomputer to control thestep motor controllerAbstract：Stepper
3、motor is electrical pulse signal into angular or linear displacement of open-loop control stepping parts. In non-overload of situation Xia, motor of speed, and stop of location only depends on pulse signal of frequency and pulse number, and does not by load changes of effect, dang step into drive re
4、ceived to a pulse signal, it on drive step into motor by set of direction turns a fixed of angle, called step from angle, it of rotating is to fixed of angle a step a step run of. By controlling the number of pulses to control the amount of angular displacement, so as to achieve accurate positioning
5、 of purpose ; at the same time you can control pulse frequency controlled motor rotation speed and Acceleration, so as to achieve the purpose of speed.The system uses AT89S51single-chip microcomputer to control the stepper motor,which can not only realizethe motor positive inversion,can also realize
6、 the17 step speed regulation,and the LEDstate displayfunction,circuit designand reliableand easy to realize,the program design is simple andeasy to understand.This system is mainly composed ofa key circuit,MCU minimum system,AT89S51 MCU,step motorstatus display circuit,drivingcircuit and step motore
7、tc.The output driver circuituses a sixNANDchip 74LS04and fourthreetransistor,to drive the steppermotorfour phase winding.Short circuit protectionusing a 0.4Ainsurancetube,prevent thewinding short circuitandburn downmotor.Key Words:Stepping motor Single chip microcomputer The smallest single-chip sys
8、tem Subroutine目录引言1第一章 设计方案21.1 设计思路21.2 总体设计框图2第二章 设计原理分析32.1 步进电机32.1.1 概述32.1.2 优点32.1.3 驱动方法42.2 AT89S51单片机与其最小系统52.2.1 结构62.2.2 功能62.3 按键电路92.4 步进电机状态显示电路92.5 步进电机驱动电路9第三章 程序原理分析1131 程序设计思路1132程序分析113.3 定时器计数初值的设定123.4 程序设计流程图14总结15参考文献16附录17附录1 步进电机总体控制电路17附录2 源程序代码18引言步进电机能将输入的电脉冲信号转换成输出轴的角位移
9、或直线位移。这种电机每输入一个脉冲信号，输出轴便转动一定的角度或前进一步，因此又被称作脉冲电机或步级电机。步进电机输出轴的角位移量与输入脉冲数成正比，不受电压以与环境温度的影响，也没有累积的定位误差，因此控制输入的数字脉冲数即可实现电机的精确定位；而步进电机输出轴的转速与输入的脉冲频率成正比，控制输入的脉冲频率就能准确的控制步进电机的转速，可以实现在宽广的围精确调速。由于步进电机的这一特点正好符合数字控制系统的要求，同时电子技术的发展也解决了步进电机的电源问题。因此随着计算机技术和数字控制技术的发展，步进电机的应用也日益广泛。目前，步进电机应用于磁盘驱动器、数控机床、轧钢机、机器人、以与自动化
10、仪表等方面。第一章 设计方案1.1 设计思路本系统主要由按键电路、单片机最小系统、AT89S51单片机、步进电机电机电路、驱动电路以与步进电机等几部分组成。驱动电路可以采用FT5754芯片来实现，芯片部有四组3A、5W、100V的PNP达林斯顿电路与四个二极管,输出四个管脚、分别与步进电机的四相绕组向连接。但考虑到所采用的步进电机功率和额定电流都较小，以与经济性方面，本设计直接采用四个NPN型三极管来作为驱动电路。步进电机的控制主要通过5个按键来实现，这5个按键分别表示“正转”、“反转”、“加速”、“减速”和“停止”。单片机输出四路脉冲信号触发驱动电路的四个NPN型三极管，其中触发导通的三极管
11、可驱动步进电机的相应绕组得电，即步进电机获得脉冲，而产生一定的角位移。单片机循序不断的输出时序脉冲，就可以实现步进电机的旋转了。1.2 总体设计框图总体设计框图如图1所示。89S51单片机按键控制电路单片机最小系统步进电机状态显示电路步进电机驱动电路步进电机图1 总体设计框图第二章 设计原理分析2.1 步进电机2.1.1 概述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，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用
12、。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，它涉与到机械、电机、电子与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应用。 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（即步进角）。您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；同时您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。2.
13、1.2 优点l 电机旋转的角度正比于脉冲数； l 电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）； l 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； l 优秀的起停和反转响应； l 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； l 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； l 仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。 l 由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速围。2.1.3 驱动方法步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的
14、步进电动机驱动器，如图2所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。 图2本系统采用25Y48H01型步进电机，其相关参数如表1所示，部接线图如图3所示。表1 25Y48H01型步进电机的相关参数型号步距角相数电压（V）电流(A)电阻()最大静止转矩(gcn)转子转动惯量(gcm2）重量（g）25Y48H017.5450.5101001.035图3 25Y48H01型步进电机部接线图绕组脉冲12345678910A1001100110B1100110011C0110011001D0011001100 表2 步进电机四相绕组的励磁时序步进电机的励磁方式有1相励磁、2相励磁和1-2相励磁3种。由于2相励磁具有转矩大、振动小等优点，在目前使用较为普遍，本系统的设计也采用这种励磁方式。步进电机各相绕组的励磁时序如表2所示。2.2 AT89S51单片机与其最小系统Atmel公司的生产的89C51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，它采用CMOS和高密度非易失性
