基于单片机步进电机控制系统设计报告

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1、基于单片机步进电机控制系统的设计1、设计目的与要求1.1、设计目的（1）了解步进电机的结构和工作原理。（2）进一步掌握步进电机的控制方法。（3）进一步掌握单片机硬件和软件的综合设计方法。（4）能够使用电路仿真软件进行电路调试。1.2、设计要求实现功能（1）电机工作方式为四相八拍；（2）实现电机的启、停功能；（3）实现电机的正、反转功能；（4）实现电机的加、减速功能.2、、整体设计方案2.1、系统总体方案此次系统设计是采用单片机实现对步进电机的手动控制。由单片机产生的脉冲信号通过单片机传送到驱动电路，脉冲信号经过放大后输出到步进电机，功率放

2、大后驱动步进电机的转动。步进电机是纯粹的数字控制电机，能够将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度[4]。此次设计以单片机为核心，通过软件和硬件的结合实现步进电机的启停、正转、反转、加速、减速功能，并且步进电机所处的状态用相应的发光二极管来显示，可以显示速度以及方向。用数码管显示速度和驱动方式。电路主要通过三大块来设计，包括驱动模块设计、显示模块设计和按键控制模块设计。此次设计预期实现的功能简述如下几点：（1）、用按键来控制步机电机的工作状态；（2）、能够切换三种工作模式；21基于单片机步进电机控制系统的设计（3）

3、、在不同的工作模式下能通过按键控制其正转、反转、加速、减速并且在工作过程中能够切换驱动模式；（4）、显示器要实现在驱动选择时能显示电机在哪一种模式下工作，而且在速度加减时能显示其1-7个档位的速度，并在状态显示中可以见证速度的快慢；（5）、利用显示器显示电机的正反转情况。具体操作方案：首先，先在查阅资料的基础上，进行总体的理论分析与设计；其次，根据预期达到期望功能的要求设计系统方框图；然后，结合系统框图设计画出一个硬件电路图，能实现工作模式选择、正反转、加减速等功能；最后，根据硬件电路设计，编写程序并运用KEIL软件编译调试，之后结合程序

4、对所设计的控制电路在Proteus中选择好元器件连接好，检查无误之后进行仿真。根据仿真的情况，发现问题后进行相应的改正。综合以上所述要求，此次系统设计框图主要共分为AT89C51单片机、显示电路模块、单片机最小系统（时钟电路和复位电路）、控制电路模块和驱动电路模块五个模块。具体框图如下图2-1所示。图2-1总设计方框图2.2、主要元件的选择2.2.1、单片机AT89C51单片机AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能

5、CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除21基于单片机步进电机控制系统的设计只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。·与MCS-51兼容·4K字节可编程FLASH存储器

6、　·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24MHz　·三级程序存储器锁定　　·128×8位内部RAM　·32可编程I/O线　　·两个16位定时器/计数器　·5个中断源　　·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式　片内振荡器和时钟电路·寿命：1000写/擦循环本次课题设计所用的是AT89S52，与仿真图的AT89C51功能以及引脚相同。2.2.2、步进电机步进电机是能够将脉冲信号转化为角位移或者直线位移的机电元件，是机电控制中一种常用执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。我们可以通

7、过控制脉冲的个数来控制步进电机的角位移量，进而实现其准确定位，并且步进电机转动的速度大小和加速度可通过控制脉冲的频率来控制，从而达到调速的目的[6]。本次课题所用的是28byj型号四相八拍步进电机。（1）步进电机的特点①步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比。因此，当转一圈后，没有累积误差，具有良好的跟随性[7]。②步进电机与驱动系统两部分构成的开环数控系统，既简单廉价，又非常可靠。同时它与角度反馈环节也可构成高性能的闭环数控系统。③步进电机的动态响应快，容易启动停止，转向与转速也容易控制。④速度在相当宽的范围内可以保持平稳调整，低速下仍

8、然可以获得比较大的转矩，因此一般可以直接地驱动负载，不需要使用减速器。21基于单片机步进电机控制系统的设计⑤步进电机要能运行仅仅只能使用脉冲电源来供电，是不可以拿交流电源和直流电源来使用。⑥步