基于51单片机的步进电机控制系统设计

1、基于51单片机的步进电机控制系统设计中文摘要步进电动机是一种牵制，可以使用其或马达。步进电动机工作稳定，不累积步进误差，结构简单，惯性小，成本低，因此广泛应用于计算机外围电路、自动控制设备和其他数字控制设备，如打印机、时钟、数字模拟转换设备等。随着科学技术的快速发展，相应的控制系统也出现了很多种类，步进电机的影子在很多领域都可见。其中以单片机为控制核心的控制系统，电路简单、成本低、稳定性好，适应了多领域的需要，被广泛使用。因此，研究了基于单片机的步进电机控制系统。该设计基于51单片机。通过单芯片i/o端口输出时序方波作为控制信号，信号通过芯片uln2003驱动芯片驱动步进电动机以不同的命令工作

2、。根据需要，通过键入电路控制步进电动机启动停止、正向反转和减速等功能，并实时显示数字管中步进电动机的运行状态。本文提供了电路各模块的电路图，使用proteus的isis软件模拟了控制系统的各种功能，并给出了相应的仿真结果图像。关键字：微控制器；步进电动机；电动机驱动控制系统abstractstepper motor controlled by a pulse signal，and a pulse signal can be converted to the corresponding angular displacement or linear displacementas the stepp

3、er motor has a step error does not accumulate，relieble，simple structure，small inertia，low cost，and thereforewith the rapid development of science and technology，the corresponding control system also producted many types of stepper motor figure can bewhich uses micro controller as the control of the

4、control system，because of its simple circuit，low cost，high reliety，etc .to meet the needs of many fields，我们的lot of use。therefore，based on single-chip stepper motor control system has important practiical significiences . the design study is 51 single-chip steemsas a control signal，the signal through

5、 the chip uln 2003 stepper motor drive to work through the micro controller i/o port output timing squaredepending on the need，through the key circuit to control the start and stop，reverseing and ramp functions such as stepper motors，stepperkeywords :微控制器；步进电动机；motor drive控制系统列表中文摘要iabstractii1简介11.

6、1步进电动机及其开发过程11.2步进电动机在中国的应用及展望21.3本设计的研究内容31.4步进电动机性能指标和工作原理31.4.1步进电动机特性31.4.2步进电动机类型41.4.3步进电动机主要性能指标51.4.4步进电动机工作原理61.5步进电动机控制系统原理82完整方案设计102.1选择设计理念102.2选择微控制器芯片122.3驱动器马达芯片选择122.4选择显示电路132.5选择步进电动机133控制系统硬件电路设计153.1键盘控制电路153.2单片机最小系统电路163.3数码管显示电路183.4步进电动机驱动电路203.5步进电动机其他电路214控制系统软件设计234.1周计划流

7、程图234.2阅读密钥子程序流程图244.3密钥处理子程序流程图254.4电动机控制中断程序流程图265模拟和测试285.1模拟软件简介285.2模拟操作步骤285.3电路板焊接295.4电路板测试306结论和展望32审计34参考文献35附录：系统范围的电路图36系统模拟结构37pcb打印图38原始列表39成序401简介1.1步进电动机及其开发过程步进电动机是一种牵制，可以使用其或马达。每当电力输入电脉冲时，这个马达就会以小步长移动，旋转，所以称为步进电机。电源输入脉冲电压，因此也称为脉冲马达。步进电动机驱动容量内输出的角度位移或导线位移与输入脉冲数成正比，不随电源电压、负载变化和环境条件等而

8、变化。因此，输出的角速度或线速度也可以与输入的脉冲频率成比例改变输入脉冲频率的高低，从而控制步进电动机的速度，控制步进电动机的快速启动、暂停、正向和减速等。步进电动机工作稳定，不累积步进误差，结构简单，惯性小，成本低，因此广泛应用于计算机外围电路、自动控制设备和其他数字控制设备，如打印机、时钟、数字模拟转换设备等。步进电机仅在最近几年被广泛使用，但其工作原理早就被研究过了。其中，还提出了追溯到法国人弗洛曼，将电磁铁的魅力转化为力矩的方法。当时，这里磁场的转换是由机械凸轮的接触点构成的，这是步进电动机的早期原理模型。随后，随着阶段性的发展，旋转线圈式的应用也在出现。步进电动机是20世纪30年代以

9、后才开始应用的步进电动机。随着晶体管组件的快速发展，与他一起使用的步进电机也迅速发展和广泛使用。1950年二极管半导体被开发，1964年mos半导体被开发，特别是1950-1965年半导体材料快速发展后，随着价格低廉、可靠性高的逻辑数字电路的广泛使用，步进电机的使用也急剧增加。多年来，随着电力电子技术、自动控制技术和计算机技术的快速发展，步进电机系统，特别是驱动电路部分由单片机控制，广泛应用于数控机床、绘图仪、打印机和光学仪器中。现在，马达和马达这两种马达得到了广泛普及，步进马达也成为生活中最常用的马达。国内外围绕步进电机系统研究，做了很多工作和相应的开发工作。图1-1步进电动机1.2步进电动

10、机在我国的应用与展望中国的步进电机研究和制造始于20世纪50年代。当时主要是一些高校和研究机构使用或开发了与步进电机相关的产品。进入70年代，北京、南京、江苏、浙江一带等我国各地用驱动电路的半导体器件实现了完全国产化。进入改革开放时代，国外各种步进电机的先进技术进入国内，我国对此进行了广泛的研究，开发了各种混合式步进电机及其驱动部件，同时应用于各种领域。我国这方面的理论研究比较成熟，逐渐形成了较为完善的基础理论和设计方法，产品种类也越来越多，性能和参数也逐渐超过国外同类产品水平。在国外的大功率驱动产业设备中，只有几个要求高的设备使用空心转子马达、交流马达。目前大多数情况下，使用的是直流电动机，

11、而不是使用大扭矩的步进电动机。这是因为在驱动电路的成本、效率、系统惯性和最大转矩比等指标上使用直流电动机更为合适。此外，低功耗工业设备(例如工业自动控制、数控机床、组合机、机器人、计算机外围设备、相机、大型望远镜等)也广泛使用。经过多年的开发，步进电机应用越来越广泛，功能增强，种类多样，其产品也越来越完善。步进电机是其突出的优点，在工业生产和自动化控制中都占有不动的位置。相信，在不久的将来，随着科学技术的快速发展，步进电机将在更多领域得到广泛应用。1.3设计研究内容本设计研究了基于51单片机的步进电机控制系统。使用单片机stc89c51作为控制核心，控制4个键：启动停止、转向、减速等，并使用4

12、位数码管显示步进电机的转向和速度水平。此设计的硬件部分主要包括模块、模块、模块和模块。本产品的主要功能：(1)控制整个电路的五个键：开始/暂停、正/反转、加速、减速、重置：(2)数码管显示正/负标记和电机转速等级。(3)5个led指示灯，一个电源活动指示灯，另外4个指示马达的速度级别。本设计的控制核心是利用软件向单片机输出不同的脉冲信号，驱动步进电动机，执行其运动，显示不同的运行结果，同时利用数码管显示电路实时显示步进电动机的运行状态，以更直观地显示其运行状态。1.4步进电动机性能指标和工作原理本设计以stc89c51微控制器为控制单元，集成芯片uln2003为电机的驱动芯片，dc-5v步进电

13、机为控制对象。本设计通过5个键控制，改变输入脉冲的频率和数目，调整步进电机的正向反转、加速、减速、暂停和重置功能。led数码管的1、2位显示速度级别，第4位显示步进电动机的旋转方向。有5个指示灯，一个是电源指示灯，另一个表示马达的速度。1.4.1步进电动机特性从应用的角度看，步进电动机的基本要求为：(1)步进电机受一系列脉冲信号的控制，实现快速、平稳、稳定的实施启动、暂停、正向/反向、平稳等操作方式；(2)为了提高准确度，脉冲对应位移要小、准确、均匀。为此，步进电机步进要小，步进精度高，没有步进损耗现象。步进马达输出扭矩高，可以直接驱动负载作业(3)反应要快。也就是说，步进电机不仅要工作、暂停

14、、反转动作快，还要通过连续高速运行提高工作生产率。(4)。1.4.2步进电动机类型常用的步进电动机有三种：(1)永磁步进电动机永磁步进电机内部主要由定子和转子两部分组成，也可以由两种形式组成。换言之，转子使用永磁体，定子使用线圈；或者，也可以反过来做。供电的定子线圈产生的磁场和转子永磁产生的磁场通过拉或推的相互作用产生转动力矩，从而执行旋转操作。该电动机的特点是励磁功率小，效率高，成本低，启动频率和工作频率低，永磁需求量大。缺点是永磁之间的磁化间距测量、控制不方便，受影响的因素很多，为了保持良好的效果，步进角度通常设置得更大。(2)反应性步进电动机反应式步进电动机，通常称为可变磁阻步进电动机，是用软磁材料制成的芯，定子由励磁绕组线圈组成。其工作原理是转子电子核通过定子产生的脉冲磁场形成的拉或推的相互作用，产生扭矩，转动并启动。，即可从workspace页面中移除物件。这种马达转子结构简单，转子直径小，对高速响应有好处。这种马达有效率低、启动和运行频率低、转子低、噪音大的缺点。其优点是制造材料成本低，结构简单，步进角度小。(3)混合步进电动机该电动机的转子磁铁中内置了永磁体，因此可以说是永磁体和可变磁阻类型相结合的形式。称为混合步进电动机。混合步进电动机分为两相、三相和五个等差。内部结构的特性兼具永磁和反应式