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1、 洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书课程名称 单片机原理及接口技术 设计课题 基于单片机控制步进电机 专 业 自动化 班 级 B120439 姓 名 鹿卫超 2013 年 6 月 21 日 课 程 设 计 划 任 务 书 电气工程与自动化 系 自动化 专业 学生姓名 鹿卫超 班级 B120439 学号 B12043927 课程名称：单片机原理及接口技术 设计题目： 基于单片机控制步进电机 课程设计内容与要求：本课题以单片机为核心，设计并制作出步进电机控制系统。设计要求： （1）通过控制按键，使步进电机实现顺时针和逆时针旋转。 （2）通过控制步进电机运转状态可以实现正反转，加速减
2、速。 设计（论文）开始日期2013年 6月10日指导教师张娟梅 设计（论文）截止日期2013年 6月21日指导教师 董红政2013年6 月 21 日 课 程 设 计 评 语 第 页 电气工程与自动化 系 自动化 专业 学生姓名 鹿卫超 班级 B120439 学号 B12043927 课程名称：单片机原理及接口技术 设计题目：基于单片机控制步进电机 课程设计篇幅： 图 纸 14 张 说明书 25 页指导教师评语： 年 月 日 指导教师 洛阳理工学院 课 程 设 计 用 纸摘要步进电机是一种通过电脉冲信号控制相绕组电流实现定角转动的机电元件。与其他类型电机相比具有易于开环精确控制、无积累误差等优点
3、，在众多领域中获得了广泛的应用。 本文首先简单的介绍了步进电机的发展概况、特点及工作原理。包括步进电机的控制方式和驱动方式作了系统说明，给出了系统设计的总体方案以及本系统的特点和功能。然后以AT89C52单片机为主控制器，详细介绍了基于该单片机的步进电机的控制系统。 在此基础上对外围电路键盘电路、复位电路等各个模块的电路进行详细的设计。接着阐述了步进电机软件控制的开发的流程和程序设计。同时给出了步进电机的正反转、速度控制的程序清单。本文采用软硬件结合的方法达到了对步进电机的最佳控制。 关键词：步进电机 单片机AbstractStepper motor is a kind of controll
4、ed by electric pulse signal phase winding current to achieve constant Angle rotating mechanical and electrical components. Easy open-loop precision compared with other types of motor control, no accumulated error, etc, widely used in many fields. This article first simply introduces the development
5、situation and characteristics of stepper motor and working principle. Including the stepper motor drive system, control method and the system shows that the overall scheme of the system design is given and the features and functions of this system. Then is given priority to with AT89C52 single-chip
6、microcomputer controller, is introduced in detail based on the single chip microcomputer stepping motor control system. On the basis of the peripheral circuit, the keyboard circuit, reset circuit, etc. Each module circuit design in detail. Then elaborated the stepper motor control software developme
7、nt processes and program design. At the same time gives the step motor and reversing, speed control program list. In this paper, by using the combined method of software and hardware to achieve the optimal control of the stepper motor.Keyword：stepper motor microcontroller目 录概述1第1章 步进电机的工作原理及其特性21.1步
8、进电机的概念21.2步进电机的特点21.3步进电机的综述31.3.1步进电机的工作原理41.3.2步进电机的常用术语41.3.3 步进电机的震荡和失步51.3.4步进电机的控制方式6第2章 硬件电路设计82.1硬件的设计与选择82.1.1步进电机的驱动82.1.2 单片机的选择102.2按键电路设计102.3时钟电路设计112.4硬件的总体电路设计图12第3章 程 序 设 计133.1程序设计的总体思路133.2主程序流程图143.2.1主程序框图143.2.2 正反转流程图153.2.3启动与停止流程图163.3主程序17第4章 调 试214.1软件编写及调试21结论22谢 辞23参 考 文
9、 献24附录25 概 述（1）引言 步进电动机又称脉冲电动机，其应用发展己有约80年的历史。可以说步进电机是纯粹的数字控制电动机，步进电机驱动器通过控制脉冲，控制步进电动机各相绕组的导通或截止，从而使电动机产生步进运动。步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点。（2）本文研究的目的和意义 步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且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
10、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。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。（3）本文研究内容 本论文所选的步进电机是四相步进电机，实现步进电机加速、减速，正转、反转，预置圈数，圈数同步，以及转速级别显示。采用的方法是利用单片机控制步进电机的驱动。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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
11、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。本次课程设计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机的速度的。另外通过单片机实现它的正反转，步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。第1章 步进电机的工作原理及其特性1.1步进电机的概念 步进电机是一种将电脉冲转为角位移或线位移的执行机构。简单一点讲，当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）。我们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；同时我们也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。
12、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、精度高。 从原理上讲，步进电机是一种低速同步电动机。本次课程设计采用的是步距角为1.8度的四相八拍永磁式步进电机。1.2步进电机的特点1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%，角位移与输入脉冲数严格成正比，没有累计误差，具有良好的跟随性。 2.步进电机外表不允许较高的温度。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
13、乃至于失步；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，从而导致力矩下降。 4.步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。 5.由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常的可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。 6.步进电机的动态响应快，易于启停，正反转及变速。7.速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。8.步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。9.步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。10.步进电机低速时可
