1-基于单片机的步进电机控制系统设计
基于单片机的步进电机多轴运动控制系统设计
摘要步进电机是将电脉冲信号转变成角位移的执行机构，其转速、停止位置只与脉冲信号的频率和脉冲数有关，具有误差小，易控制等特点，广泛应用于机械、电子、纺织、化工、石油等行业。
尤其是在医疗行业中，比如在 X 光扫描方面，都会用到电机，步进电机的优点使其成为医疗行业里最为适用的电机。
本设计中的多轴控制系统可以运用在 X 光扫描仪等多种仪器上。
本设计选用 STC89C55RD+型单片机作为核心控制单元，实现 M35SP-7 型步进电机的多轴运动控制，并通过 RS232 串口实现与上位 PC 机通讯功能。
设计中运用单片机软件编程方式实现步进电机环形分配器功能，用 P1.0 口、P1.1 口、P1.2 口和P1.3 口分别控制四相步进电机的 A 相、B 相、C 相和 D 相绕组的通电顺序，软件上采用查表方法实现单双八拍工作方式环形脉冲分配。
步进电机驱动部分采用ULN2003A 驱动芯片，实现功率放大，驱动步进电机。
最后使用 Proteus 软件绘制了单片机控制步进电机多轴运动的原理图。
上述设计经实验验证是有效可行的。
关键词单片机，步进电机，多轴运动，串口通讯AbstractStepper motor is an implementing mechanism that convert the electronic pulse intoangle displacement.Its speed and the stop position only about the frequencyand pulseseveral of the pulse signal,its characteristics are minor error,easy to control and so on,itis widely applied to mechanical, electronic, textile, chemical, oil, etc. Especially in themedical industry,such as an x-ray scanning,need motors.Stepper motor'sadvantagesmake it become the most suitable medical industry machine.The multi-axiscontrolsystem in the design can be used on a variety of instruments such as an x-ray scanning.This design choose STC89C55RD + SCM as the core of the control unit,to realizeM35SP-7 type stepper motor's multi-axis control,and use RS232 serial torealize PCcommunication function.This design use SCM software programming realize steppermotor circular distribution function,P1.0, P1.1, P1.2 and P1.3 respectively controllingA, B, C and D phases' electricity order on the four phase step motor's.Software is usedon look-up table method teak eight single working way circular pulse distribution.Thisdesign use ULN2003A realize power amplifier to drive stepper motor.Finally Keywords：SCM, Stepper Motor, Multi-axis motion, serial communicationusingProteus to draw the principle diagram of the SCM control stepper motormulti-axismotion.The above design experiments showed is effective and feasible.基于单片机的步进电机多轴运动控制系统设计 目 录第一章 引言..........................................................................................................................1 1.1 选题背景............................................................................................ (1)1.2 研究意义 (1)1.3 发展状况 (2)1.4 课题主要研究的内容 ................................................... 3 第二章 控制系统硬件设计 ........................................................................................... (4)2.1 单片机控制系统原理............................................................................................ (4)2.1.1 单片机的种类............................................................................................ (4)2.1.2 单片机的发展历程............................................................................................ (4)2.1.3 51 单片机的引脚安排 (5)2.1.4 单片机的结构............................................................................................ (7)2.2 步进电机............................................................................................ (11)2.2.1 M35SP-7 步进马达的性能参数 (12)2.2.2 步进电机原理............................................................................................ (13)2.2.3 驱动控制系统组成..............................................................................................182.2.4 步进电机的应用............................................................................................ (21)2.2.5 步进电机的单片机控制 (22)2.2.6 步进电机的多轴联动 (23)2.3 ULN2003A 驱动芯片............................................................................................4.1 单片机程序设计........................................................................................... (34)4.2 程序实现与调试........................................................................................... (34)第五章结论与展望........................................................................................... . (37)5.1 结论........................................................................................... . (37)5.2 展望........................................................................................... . (37)参考文献 .......................................................................................... .. (38)致谢........................................................................................... . (40)附录........................................................................................... . (41)声明........................................................................................... . (48)第一章引言1.1 选题背景不仅在大型工业中，在医疗过程中也需要机械的帮助，利用步进电机的多轴控制可以让医疗设备精确的扫描人体的各个部位，为治疗带来更精确的数据来正确、快速的治疗病人。
基于单片机的步进电机控制系统设计
中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化毕业设计（论文）题目：基于单片机的步进电机控制系统设计中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化毕业设计（论文）题目：基于单片机的步进电机控制系统设计论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文《基于单片机的步进电机控制系统设计》，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。
论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。
对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。
本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。
论文作者（签字）：日期：2014 年9 月 1 日摘要本文应用单片机、步进电机驱动芯片、执行部件等，构建了集步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。
二维工作台作为被控对象通过步进电机驱动滚珠丝杆在X/Y轴方向联动。
文中讨论了一种以最少参数确定一条圆弧轨迹的插补方法和步进电机变频调速的方法。
步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法，可以有效地减少系统开发的周期和成本。
最后给出了步进电机控制系统的应用实例。
目录一、绪论 (5)（一）引言 (5)（二）步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 (6)（三）本文研究的内容 (9)二、步进电机概述 (11)（一）步进电机的分类 (11)（二）步进电机的工作原理 (11)三、系统的硬件设计 (16)（一）系统设计方案 (16)（二）单片机最小系统 (17)（三）串口通信模块 (22)（四）数码管显示电路设计 (23)（五）电机驱动模块设计 (25)（六）驱动电流检测模块设计 (27)（七）独立按键电路设计 (32)四、系统的软件实现 (33)（一）系统软件主流程图 (33)（二）系统初始化流程图 (33)（三）按键子程序 (34)（四）系统组成 (37)（五）程序设计 (39)五、结论 (56)（一）具体结论 (56)（二）后续工作 (56)致谢 (57)参考文献 (58)一、绪论（一）引言步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。
基于单片机的步进电机控制电路设计
基于单片机的步进电机控制电路设计
步进电机是一种应用广泛的电机，它的控制方式是通过逐步改变电流来驱动电机转动。
基于单片机的步进电机控制电路设计可以使步进电机的控制更加精确、方便和自动化。
下面将介绍一下如何设计一台基于单片机的步进电机控制电路。
首先，我们需要选择合适的单片机。
对于步进电机控制，需要一个I/O口数目足够的单片机，并且要求计算速度快、性能稳定。
常用的单片机有AT89C51、AVR、PIC、STM32等，其
中STM32拥有强大的计算能力和外设支持，非常适合用于步
进电机控制电路的设计。
接下来，我们需要考虑步进电机的驱动方式。
步进电机可以采用全步进或半步进两种方式驱动。
全步进控制方式会让电机一步步转动，步距为180度，转速慢但精确度高，而半步进控制方式可以让电机先半步，再进入全步进控制，提高了转速同时又保持了较高的精度。
最后，我们需要设计电路连接和代码编写。
在电路连接方面，需要将单片机输出引脚和驱动芯片的控制引脚相连，同时将驱动芯片输出端和电机的相应引脚相连。
在代码编写方面，需要根据所选单片机的指令集来编写步进电机控制引脚输出的程序，实现步进电机转速和方向的控制。
综上所述，基于单片机的步进电机控制电路设计需要选取合适的单片机，选择合适的步进电机驱动方式，并根据电路连接和
代码编写来实现电机的精确控制。
这样设计出的步进电机控制电路可以应用于各种机械设备控制，使之更加智能化和自动化。
基于单片机的步进电机控制系统实用设计
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
来改变定 时初值 ， Ｐ Ｏ口接 Ｌ Ｅ Ｄ数码管 ， 可 以显示 当前的电机转 速和按钮状态 ， 具体 结构 如图 ２ 所示 。
当开 关 Ｓ Ｃ接 通 电 源 ， Ｓ Ａ、 Ｓ Ｂ 、 Ｓ Ｄ断开时 ， 由于 Ｃ相 绕 组 的 磁力线和 １ 、 ４号 齿 之 间 磁力 线 的作 用 ， 会使转子转动 ， １ 、 ４ 号 齿 和 Ｃ相 绕 组 的磁 极 对 齐 。 而 ０ 、 ３号齿 和 Ａ、 Ｂ相 绕 组 磁 极 产 生
ｌ １ ０ Ｂ Ｙ Ｇ 和 国 内标 准 的 ７ ０ Ｂ ＹＧ、 ９ ０ Ｂ Ｙ Ｇ、 １ ３ Ｏ Ｂ ＹＧ等 。
能够通过键盘设置步 进 电机 的转 向和转 速 ， 并在 Ｌ Ｅ Ｄ显 示器 上显示步进 电机的转速和工作状态。具体要求 如下 ：
（ １ ）按 下 不 同 的键 ， 分 别 使 步 进 电机 实 现 顺 时针 和 逆 时 针 旋转 。
错齿 ， ２ 、 ５ 号齿就和 Ａ、 Ｄ相绕组磁极 产生错齿 。依次类 推 ， Ａ、 Ｂ 、 Ｃ、 Ｄ 四相绕组 轮流供 电， 则转子会沿着 Ａ、 Ｂ、 Ｃ、 Ｄ方向转动 。
转子 Ｏ 、 ３号齿 对齐 ， 同时 ， 转 子的 １ 、 ４号齿 就和 Ｃ、 Ｄ相绕组磁
极产生错齿 ， ２ 、 ５ 号 齿 就 和 Ａ、 Ｄ相绕组磁极产生错齿。
以作 四相运行 ， 也可以作两相运行 ， 而反应式电机则不能如此 。 感应子式步进 电机 按相数 可分为 两相 电机、 三相 电机 、 四
设计 及程 序设计 。该 系统 可 以实现 步进 电机 正转 、 反转 、 加速 、 减 速 以及 速度 实时 显示 等功 能 ， 设计 思路 明确 、 可靠性 高 、 稳 定性 强 。 关键 词 ： 步进 电机 ； 单片机； 控 制 系统 ； 设 计
基于51单片机的步进电机控制系统设计
基于51单片机的步进电机控制系统设计步进电机是一种特殊的直流电动机，具有定角度、定位置、高精度等特点，在许多领域得到广泛应用，如机械装置、仪器设备、医疗设备等。
本文将基于51单片机设计一个步进电机控制系统，主要包括硬件设计和软件设计两部分。
一、硬件设计步进电机控制系统的硬件设计主要包括51单片机、外部电源、步进电机驱动模块、以及其他辅助电路。
1.51单片机选择由于步进电机控制需要执行复杂的算法和时序控制，所以需要一个性能较高的单片机。
本设计选择51单片机作为主控芯片，因为51单片机具有丰富的外设接口、强大的计算能力和丰富的资源。
2.外部电源步进电机需要较高的电流供给，因此外部电源选择稳定的直流电源，能够提供足够的电流供电。
电源电压和电流的大小需要根据具体的步进电机来确定。
3.步进电机驱动模块步进电机驱动模块是连接步进电机和51单片机的关键部分，它负责将51单片机输出的脉冲信号转化为对步进电机的驱动信号，控制步进电机准确转动。
常用的步进电机驱动芯片有L297、ULN2003等。
4.其他辅助电路为了保证步进电机控制系统的稳定运行，还需要一些辅助电路，如限流电路、电源滤波电路、保护电路等。
这些电路的设计需要根据具体的应用来确定。
二、软件设计1.系统初始化系统初始化主要包括对51单片机进行外部中断、定时器、串口和IO 口等初始化设置。
根据实际需求还可以进行其他模块的初始化设置。
2.步进电机驱动程序步进电机的驱动程序主要通过脉冲信号来控制电机的转动。
脉冲信号的频率和脉冲宽度决定了电机的转速和运行方向。
脉冲信号可以通过定时器产生，也可以通过外部中断产生。
3.运动控制算法步进电机的运动控制可以采用开环控制或闭环控制。
开环控制简单，但无法保证运动的准确性和稳定性；闭环控制通过对电机转动的反馈信号进行处理来调整脉冲信号的生成，从而实现精确的运动控制。
4.其他功能设计根据具体的应用需求，可以加入其他功能设计，如速度控制、位置控制、加速度控制等。
基于51单片机的步进电机控制系统设计与实现
步进电机工作原理
步进电机是一种基于磁场的控制系统，工作原理是当电流通过定子绕组时，会 产生一个磁场，该磁场会吸引转子铁芯到相应的位置，从而产生一定的角位移。 步进电机的角位移量与输入的脉冲数量成正比，因此，通过控制输入的脉冲数 量和频率，可以实现精确的角位移和速度控制。同时，步进电机具有较高的分 辨率和灵敏度，可以满足各种高精度应用场景的需求。
二、系统设计
1、硬件设计
本系统主要包括51单片机、步进电机、驱动器、按键和LED显示等部分。其中， 51单片机负责接收按键输入并控制步进电机的运动；步进电机用于驱动负载运 动；驱动器负责将51单片机的输出信号放大，以驱动步进电机。LED显示用于 显示当前步进电机的状态。
2、软件设计
软件部分主要包括按键处理、步进电机控制和LED显示等模块。按键处理模块 负责接收用户输入，并根据输入控制步进电机的运动；步进电机控制模块根据 按键输入和当前步进电机的状态，计算出步进电机下一步的运动状态；LED显 示模块则负责实时更新LED显示。
三、系统实现
1、按键输入的实现
为了实现按键输入，我们需要在主程序中定义按键处理函数。当按键被按下时， 函数将读取按键的值，并将其存储在全局变量中。这样，主程序可以根据按键 的值来控制步进电机的转动。
2、显示输出的实现
为了实现显示输出，我们需要使用单片机的输出口来控制显示模块的输入。在 中断服务程序中，我们根据设定的值来更新显示模块的输出，以反映步进电机 的实时转动状态。
基于单片机的步进电机控制系统需要硬件部分主要包括单片机、步进电机、驱 动器、按键和显示模块等。其中，单片机作为系统的核心，负责处理按键输入、 控制步进电机转动以及显示输出等功能。步进电机选用四相八拍步进电机，驱 动器选择适合该电机的驱动器，按键用于输入设定值，显示模块用于显示当前 步进电机的转动状态。
基于单片机的步进电机控制系统设计
基于单片机的步进电机控制系统设计【大比特导读】单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，广泛应用于数控机床、机器人，定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域......单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，广泛应用于数控机床、机器人，定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。
步进电机是数字控制电机，将脉冲信号转换成角位移，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，非超载状态下，根据上述线性关系，再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差，因此步进电机适用于单片机控制。
步进电机通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。
步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。
因此，单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。
1 系统设计原理步进电机控制系统主要由单片机、键盘LED、驱动/放大和PC上位机等4个模块组成，其中PC机模块是软件控制部分，该控制系统可实现的功能：1)通过键盘启动/暂停步进电机、设置步进电机的转速和改变步进电机的转向;2)通过LED管显示步进的转速和转向等工作状态;3)实现三相或四相步进电机的控制：4)通过PC上位机实现对步进电机的控制(启停、转速和转向等)。
为保护单片机控制系统硬件电路，在单片机和步进电机之间增加过流保护电路。
图l为步进电机控制系统框图。
2 系统硬件电路设计2.1 单片机模块单片机模块主要由MSP430FG4618单片机及外围滤波、电源管理和晶振等电路组成。
MSP430FG4618单片机内部的8 KB RAM和116 KB Flash满足控制系统的存储要求，P1和P2端口在步进电机工作过程中根据按键状态判断是否跳入中断服务程序来改变步进电机的工作状态，USART模块实现单片机和PC上位机之间的通信，实现PC机对步进电机控制。
基于单片机的步进电机控制系统设计
基于单片机的步进电机控制系统设计引言：步进电机是一种常用的电机类型，具有精准的位置控制、高效的能量转换等特点。
在许多自动化设备中广泛应用，如数控机床、3D打印机、机器人等。
本文将以基于单片机的步进电机控制系统设计为主题，介绍系统的硬件设计、软件设计以及实验验证。
一、硬件设计1.步进电机选型：根据实际应用需求，选择适当的步进电机。
包括步距角、转速范围、扭矩要求等等。
2.电源设计：步进电机需要驱动电压和电流，根据步进电机的额定电压和电流选用适当的电源。
3.驱动电路设计：步进电机通常需要驱动电路来控制电流和脉冲序列。
常见的驱动电路有全桥驱动器、半桥驱动器等。
4.信号发生器设计：步进电机通过脉冲信号来控制转动角度和速度，因此需要信号发生器来产生合适的脉冲序列。
常见的信号发生器有定时器、计数器等。
5.单片机接口设计：单片机作为步进电机控制系统的核心，需要与其他硬件进行通信。
因此需要设计合适的接口电路，将单片机的输出信号转换为驱动电路和信号发生器所需的电压和电流。
二、软件设计1.单片机程序框架设计：根据具体的单片机型号和开发环境，设计合适的程序框架。
包括初始化设置、主循环、中断处理等。
2.脉冲生成程序设计：根据步进电机的控制方式（如全步进、半步进、微步进等），设计脉冲生成程序。
通过适当的延时和输出信号控制，产生合适的脉冲序列。
3.运动控制程序设计：设计运动控制程序，实现步进电机的前进、后退、加速、减速等功能。
根据具体需求，可以设计不同的运动控制算法，如速度环控制、位置环控制等。
4.保护机制设计：为了保护步进电机和控制系统，设计合适的保护机制。
如过流保护、过压保护、过载保护等。
三、实验验证1.硬件连接：将步进电机、驱动电路和单片机按照设计进行连接。
2.软件调试：通过单片机编程，调试程序代码。
确保脉冲生成、运动控制等功能正常工作。
3.功能测试：对步进电机控制系统进行功能测试，包括正转、反转、加速、减速等功能。
通过观察步进电机的运动状态和测量相关参数来验证系统设计的正确性和性能。
基于51单片机的步进电机红外控制系统的设计
文章标题：基于51单片机的步进电机红外控制系统的设计引言在现代科技发展迅速的时代，控制系统已经被广泛应用于各个领域。
其中，基于51单片机的步进电机红外控制系统的设计，不仅在工业领域有着重要的作用，同时也在家电领域、智能家居等方面得到了广泛的应用。
本文将从步进电机控制系统的设计原理、红外控制的基本概念以及基于51单片机的系统设计方案等方面展开深入探讨。
一、步进电机控制系统的设计原理步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械位移的执行元件，其控制系统设计原理是核心。
以步进电机为执行元件的控制系统通常包括电脉冲发生电路、电流驱动电路、位置控制逻辑电路以及接口电路等模块。
在系统设计中，需要考虑步进电机的类型、工作方式、转动角度以及控制精度等因素，以选择合适的控制方案和相关元器件。
针对步进电机的控制系统设计，首先需要从硬件电路和软件控制两个方面进行综合考虑。
硬件方面需要设计合适的脉冲发生电路和驱动电路，并根据具体场景考虑相关的接口电路，以实现步进电机的控制和驱动。
而软件控制方面，则需要编写相应的控制程序，使得系统能够根据具体的控制要求进行精准的控制和调节。
二、红外控制的基本概念红外控制是一种常见的无线遥控技术，通过使用红外线传输信号来实现对设备的控制。
通常包括红外发射器和红外接收器两个部分，发射器将控制信号转换成红外信号发送出去，接收器接收红外信号并将其转换成电信号进行处理。
在实际应用中，红外控制技术已经被广泛应用于各种家电遥控器、智能家居系统以及工业自动化领域。
红外控制的基本原理是在发射器和接收器之间通过红外线进行双向通信，通过调制解调的方式进行信号的传输和解析。
设计基于红外控制的步进电机系统需要考虑红外信号的发射和接收过程，以及相关的解析算法和信号处理。
信号的稳定性、抗干扰能力以及传输距离等也是需要考虑的重要因素。
三、基于51单片机的系统设计方案在步进电机红外控制系统的设计中，选择合适的控制芯片和处理器是至关重要的。
基于单片机的步进电机的控制器设计
基于单片机的步进电机的控制器设计在现代工业自动化和控制领域中，步进电机因其精确的定位和可控的旋转角度而得到了广泛的应用。
而设计一个高效、稳定且易于操作的基于单片机的步进电机控制器则成为了实现精确控制的关键。
一、步进电机的工作原理要设计步进电机的控制器，首先需要了解步进电机的工作原理。
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制电机。
它由定子和转子组成，定子上有若干个磁极，磁极上绕有绕组。
当给定子绕组依次通电时，产生的磁场会驱动转子按照一定的方向和步距角转动。
步距角是指每输入一个电脉冲信号，转子所转过的角度。
步距角的大小取决于电机的结构和控制方式。
常见的步距角有 18°、09°等。
通过控制输入电脉冲的频率和数量，可以精确地控制步进电机的转速和转角。
二、单片机的选择在设计控制器时，单片机的选择至关重要。
常见的单片机如 51 系列、STM32 系列等都可以用于控制步进电机。
51 系列单片机价格低廉，开发简单，但性能相对较低；STM32 系列单片机性能强大，资源丰富，但开发难度相对较大。
考虑到控制的精度和复杂程度，我们可以选择STM32 系列单片机。
例如，STM32F103 具有较高的处理速度和丰富的外设接口，能够满足步进电机控制器的需求。
三、控制器的硬件设计硬件设计主要包括单片机最小系统、驱动电路、电源电路等部分。
单片机最小系统是控制器的核心，包括单片机芯片、时钟电路、复位电路等。
STM32F103 的最小系统通常需要外部晶振提供时钟信号，以及合适的复位电路保证单片机的可靠启动。
驱动电路用于放大单片机输出的控制信号，以驱动步进电机工作。
常见的驱动芯片有 ULN2003、A4988 等。
以 A4988 为例，它可以接收来自单片机的脉冲和方向信号，并输出相应的电流来驱动步进电机。
电源电路则为整个系统提供稳定的电源。
通常需要将外部输入的电源进行降压、稳压处理，以满足单片机和驱动电路的工作电压要求。
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计步进电机是一种常用的电机类型，它通常用来实现精确定位和控制运动。
步进电机的控制需要一个精确的调速系统来确保稳定的运行和准确的位置控制。
本文将基于单片机控制的步进电机调速系统进行设计。
首先，我们需要选择合适的硬件以及编程平台。
本设计选择使用Arduino Uno作为单片机控制器，它具有易用性和强大的控制功能。
步进电机选择了NEMA 17型号，它具有较高的分辨率和扭矩输出。
接下来，进行电路设计与连接。
将步进电机的四个线圈连接到单片机的GPIO引脚上，并使用电流驱动模块控制电机的供电。
通过连接外部电源，电流驱动器将为步进电机提供稳定的电流，以确保电机能够正常工作。
在编程方面，首先需要编写初始化代码，配置单片机的GPIO引脚以及串口通信功能。
然后，可以使用Arduino提供的步进电机库来控制电机的旋转。
该库提供了简单的命令来控制步进电机的转动方向和转速。
为了设计调速系统，我们可以使用一个旋转编码器来实时监测电机的转速。
旋转编码器将会测量电机的转动次数，从而计算出电机的转速。
在单片机的程序中，我们可以设置一个目标转速，并根据旋转编码器的数据来调整电机的驱动频率。
为了实现平滑的调速过程，我们可以使用PID控制算法来调整电机的驱动频率。
PID控制算法是一种经典的反馈控制算法，它可以根据目标值和实际值之间的差异来调整控制信号。
通过不断地比较电机的实际速度与目标速度，PID控制算法可以动态地调整电机的驱动频率，以达到稳定的调速效果。
最后，我们可以设计一个用户界面来设置目标速度和监控电机的运行状态。
通过串口通信功能，单片机可以与上位机进行数据交互，用户可以通过上位机发送指令来设置目标速度，并且可以实时监测电机的转速和运行状态。
总结起来，基于单片机控制的步进电机调速系统设计需要进行硬件选择与连接、软件编程以及用户界面设计。
通过合理地选择硬件和软件方案，以及使用PID控制算法，我们可以实现一个稳定且准确的步进电机调速系统。
基于单片机的步进电机驱动控制系统设计
本科毕业设计论文题目基于单片机的步进电机驱动控制系统设计专业名称学生姓名指导教师毕业时间毕业 任务书一、题目基于单片机的步进电机驱动控制系统设计二、指导思想和目的要求步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电元件。
每出现一个脉冲，它就相应的运行一步。
步进电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点，在数控机床、绘图仪、打印机及机器人领域得到广泛应用。
为了得到性能优良的控制结果，出现了很多步进电机控制系统，其中采用单片机作为控制核心的控制系统得到了广泛的应用，使用这种控制系统在步进电机的驱动上已经做的非常好。
本课题通过研究步进电机和单片机的原理，实现以单片机为核心的步进电机控制系统设计，达到对步进电机的转速和转角的控制。
三、主要技术指标1. 研究步进电机和单片机的原理，并基于单片机实现步进电机驱动控制系统的设计；2. 利用Proteus 仿真平台仿真实现以单片机作为控制核心对步进电机进行驱动控制的电路设计和软件设计及仿真。
四、进度和要求第01周----第02周： 查找相关资料，对英文资料进行翻译；第03周----第04周： 熟悉步进电机、单片机及如何使用单片机对步进电机进行驱动控制的相关原理；第05周----第06周：熟悉Proteus 8.0的应用；第07周----第13周：设计电路图并利用Proteus 8.0进行仿真实现；设计 论文第14周----第16周：撰写毕业设计论文，论文答辩。
五、主要参考书及参考资料[1] 蔡美琴.MCS—51系列单片机系统及其应用（第二版）.高等教育出版社，2004-6-1.[2] 张毅刚，基于Proteus的单片机课程的基础实验与课程的基础实验与课程设计，人民邮电出版社.2012-4-1[3] 张明林，C语言程序设计，西北工业大学出版社，2005.[4] 谭浩强，C++面向对象程序设计.清华大学出版社，2006[5] 雷凯，步进电机细分驱动技术的研究[D].苏州大学硕士论文.2003.[6] 黄勇.廖宇.高林，基于单片机的步进电机运动控制系统设计.湖北名族学院论文.2008.[7] 房玉民，杭柏林.基于单片机的步进电机开环控制系统[J].电机与控制应用.2006.[8] 张巍.浅谈单片机控制步进电机[J].安防科技.2006.[9] 刘宝延，程树康，步进电机及其驱动控制系统[M],1997.11.[10]StePPingmotorhandbook6[M][11]Development of a Novel Drive Topology for a Five Phase Stepper Motor,T.S.Weerakoon and L.Samaranayake,Dept.of Electrical and Electronic Engineering,Faculty of Engineering,University of Peradeniya,Sri Lanka .[12]《Stepper Motor System Basics》[M]AMS advanced micro systems inc. 2000[13]Albert C.Leenhout.Smooth Step Motor Motion With Halt Driver.Annaul Symposium on IMCSD.1995 24 (2).学生___________ 指导教师 ___________ 系主任 ___________摘要步进电机广泛应用于工业，军事和医疗自动化领域，如数控装置，牵伸机，机械手，印刷及包装设备。
基于单片机步进电机的控制系统设计
１ 硬 件设 计 本 文介绍 的设计 方案 是基 于单片 机 的 步进 电机运 行控 制系统 。在这个 控制 系统 中， 控 制器是 它的核心 ， 因为它 担负着 产生 脉 冲， 发送 、 接受控制命令等任务 。 整个系统 的控制核心是 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １ 。其成本相对较低 ， 运行可靠性较高 。 系统 的组成方框图如图 １ 所示。 本系统 由单 片机 （ Ｍｃ ｕ） 、 电机驱 动 电路 、 Ｌ Ｅ Ｄ显 示 （ 指示 ） 、 按键 电路和看 门狗电路等组成。单 片机 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １ 控 制步 进 电机脉 冲信 号 ， 通 图 １ 系统 框 图 过外接 键盘作 为输人 控制 步进 电机 的正 反 转、 停止 、 加减速工作状 态 ， 并通过 显示 器进 行工作状态信 号输 出。在这个控制系统 中， 单片机 是核心 ， 它 通过键 盘接受 指令 、 通 过 运算控制单片机运行 、 并通过显示器进行信 号输出。 ２ 系统软件设计 当在待机状态下设定好所需 的参数后 ， 按 下“ 启停 ” 键， 系统便开始根据设定 的参数 和运行模 式进行 步进 电机控 制脉 冲输 出运 行。 程序 中按照设定参数顺序输出控制 脉冲 是受定 时器中断控 制。（ 见图 ２ ） ３技术经济分析 对 于 电动机来讲 ，要 求不 断 的减 少硬 件， 降低成本 ， 并不 断提 高起 原先 的稳定性 、 可靠性 ， 对技术 的要求越来越高 。设计工作 是工 程建设的关键环节 ， 做好设计工作对工 程建 设 的工期 、 质量 、 费用 和应 用 于实际后 的运行 安全性和 的经济效益 ， 起着决定性作 用 。因此 ，设计时一定要力求技 术成 熟 、 可 靠， 并尽可能 的节约资金 。本设计采用步进 电动机作 为控制对象 ， 因为步进 电动机作为 数字控制 系统 的一种元件 ， 其功用是将脉 冲 电信号变换为 角位移或直线位移 。 它能按照 图 ２ 步 进 电机 运 行 模 块 主 流 程 控制 脉 冲的要求 ， 能迅 速启动 、 正转 、 反转 、 加速 、 减速 、 制动 ； 工 作时能够 不失 步 ， 步距 精度 高 ， 鉴 于这 些特点 ， 步进 电机在 自动控 ［ １ ］ 王晓明 ， 胡 晓柏 ． 电动机 的单 片机 控制［ Ｍ］ ． 北京 ： 北京航 空航 天 大 制系统 中 ， 特别是开环的数字程序控制 中作为传动元件而得 到广泛 学 出版社， ２ ０ ０ ２ ． ５ ， １ ： １ ８ １ — ２ ０ ８ ． 应用 。 【 ２ 】 史敬灼． 步进 电动机 伺服控制技 术【 Ｍ 】 ． ２ ０ ０ ７ ， ３ ， ２ ： ２ ３ — ３ ５ ． 本系统选 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １ ， 成本较低 。 且Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １内有 ４ Ｋ的 Ｒ Ｏ Ｍ存
基于单片机的步进电机控制系统设计外文资料翻译
毕业设计(论文)外文资料翻译学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：张XX学号：XXXXXXXXXX外文出处：《Computational Intelligence and (用外文写)Design》附件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。
注：请将该封面与附件装订成册。
附件1：外文资料翻译译文基于微型计算机的步进电机控制系统设计孟天星余兰兰山东理工大学电子与电气工程学院山东省淄博市摘要本文详细地介绍了一种以AT89C51为核心的步进电机控制系统。
该系统设计包括硬件设计、软件设计和电路设计。
电路设计模块包括键盘输入模块、LED显示模块、发光二极管状态显示和报警模块。
按键可以输入设定步进电机的启停、转速、转向,改变转速、转向等的状态参数。
通过键盘输入的状态参数来控制步进电机的步进位置和步进速度进而驱动负载执行预订的工作。
运用显示电路来显示步进电机的输入数据和运行状态。
AT89C51单片机通过指令系统和编译程序来执行软件部分。
通过反馈检测模块，该系统可以很好地完成上述功能。
关键词：步进电机，AT89C51单片机，驱动器，速度控制1概述步进电机因为具有较高的精度而被广泛地应用于运动控制系统，例如机器人、打印机、软盘驱动机、绘图仪、机械式阀体等等。
过去传统的步进电机控制电路和驱动电路设计方法通常都极为复杂，由成本很高而且实用性很差的电器元件组成。
结合微型计算机技术和软件编程技术的设计方法成功地避免了设计大量复杂的电路，降低了使用元件的成本，使步进电机的应用更广泛更灵活。
本文步进电机控制系统是基于AT89C51单片机进行设计的，它具有电路简单、结构紧凑的特点，能进行加减速，转向和角度控制。
它仅仅需要修改控制程序就可以对各种不同型号的步进电机进行控制而不需要改变硬件电路，所以它具有很广泛的应用领域。
2设计方案该系统以AT89C51单片机为核心来控制步进电机。
电路设计包括键盘输入电路、LED显示电路、发光二极管显示电路和报警电路，系统原理框图如图1所示。
基于单片机的步进电机控制系统设计
基于AT89C52单片机的步进电机控制系统设计摘要：步进电机专用开发系统，适用于数控机床及某些特定条件及系统。
本文通过单片机为开发平台,对步进电机进行控制.采用单片机A T89C52,根据输入的数据转化成的控制信号来控制步进电动机的角位移的一种方法,包括硬件设计和软件设计.整个系统主要由电机驱动电路，声光报警电路，4位LED显示电路，电源电路及核心单片机部分构成。
利用单片机产生步进电机驱动脉冲，通过4×4矩阵键盘能实现对步进电机启动、停止功能的选择以及加速、减速、反转功能的选择，使用方便、操作简单。
其中在步进电机控制器的设计中，重点阐述脉冲产生电路以及对速度的控制，实现对步进电机速度精确控制的开发系统.提高步进电机的步进精度，能够控制三相或四相步进电机。
且电路简单，成本较低,控制方便，移植性强.实用价值高。
关键词:A T89C52；步进电机；脉冲产生Design of Control System for Stepping Motor Based onAT89C52Abstract:A stepper motor dedicated development system,applicable to CNC machine tools and some special conditions and system. In this paper，through the SCM as the development platform，for the stepper motor control。
The paper introduce one way that controls the stepping motor by microcomputer AT89C52 depending on the control signal to which input data convert control the line displacement of the stepping motor，namely simply graph plotter，including its hardware and software。
基于51单片机的步进电机控制系统设计与实现
基于51单片机的步进电机控制系统设计与实现步进电机控制系统是基于51单片机的一种控制系统，它主要用来控制步进电机的转动方向和转速等参数。
下面详细解释一下这个系统的设计和实现。
1. 系统硬件设计步进电机控制系统的硬件主要包括51单片机、驱动电路、步进电机和电源等部分。
其中，驱动电路是控制步进电机的关键，它通常采用L298N芯片或ULN2003芯片等常用的驱动模块。
在硬件设计方面，主要需要考虑以下几个方面：（1）步进电机的种类和规格，以便选择合适的驱动电路和电源。
（2）驱动电路的接线和参数设置，例如步进电机的相序、脉冲频率和电流大小等。
（3）电源的选取和参数设置，以满足系统的供电要求和安全性要求。
2. 系统软件设计步进电机控制系统的软件设计主要包括编写控制程序和调试程序。
其中，控制程序是用来实现步进电机的正转、反转、加速和减速等控制功能，而调试程序则用来检测系统的电路和程序的正确性和稳定性。
在软件设计方面，主要需要考虑以下几个方面：（1）确定控制程序的算法和流程，例如使用“循环控制法”或“PID控制法”等控制方法。
（2）选择编程语言和编译器，例如使用汇编语言或C语言等。
（3）编写具体的控制程序和调试程序，并进行测试和调试，以确保程序的正确性和稳定性。
3.系统实现步进电机控制系统的实现主要包括硬件组装和软件烧录两个部分。
在硬件组装方面，需要按照硬件设计图纸进行零部件的选取和电路的组装，同时进行电源和信号线的接入。
在软件烧录方面，需要使用专用的编程器将程序烧录到51单片机的芯片中，并进行相应的设置和校验。
总之，基于51单片机的步进电机控制系统是一个功能强大、应用广泛的控制系统，可以实现精密控制和自动化控制等多种应用，具有很高的实用价值和研究价值。
基于单片机的步进电机控制系统设计与实现
系统中步进电机负载功率较大 ,需要将驱动步进电机的 强电和单片机控制系统的弱电隔离开来 ,使得外部电路的干 扰不至于影响或损坏单片机控制系统 ,从而提高系统的可靠 性 ,增强抗干扰能力 。工程实践中一般采用电子开关或光电隔 离的方法来实现强弱电隔离 。对于步进电机 ,通常使用功率放 大器来提供步进电机的工作电流 ,将光电隔离器传送的弱电 信号变为强电信号 ,可使用集成功放或分立元器件 。这里选用 工作可靠 、寿命长 、无火花 、抗干扰能力强 、开关速度快的直流 固态继电器 (DC2SSR)来实现对控制信号的隔离与放大 。国产 直流固态继电器 JGX - 0610M 可满足本设计需要 ,它的输入接 通电压 3V ,输入关断电压 1V ,输出电压 50V ,输出电流 5A ,输 出漏电流 ≤50μA。
图 1 控制系统框图
2 硬件电路设计
2. 1 键盘 、L ED 模块 为提高系统的智能化水平扩展了 4 ×4 键盘和 4 片共阴
LED 实现人机对话 。单片机系统通电工作后 ,由键盘输入步 进电机的转速 、转向 、步数 、启停等 , LED 数码管动态显示步进 电机转速与转向 (正转和反转动态显示不一样 ) 。单片机系统 采用通用键盘 /显示控制芯片 8279来管理键盘和数码管 ,减少 主机负担 、提高显示的稳定性 ,其接口电路如图 2所示 。
各模块控 制 程 序 均 采 用 汇 编 语 言 编 程 , 并 使 用 了 外 部 ROM 和 RAM。主 CPU 模块在完成系统初始化后根据用户在 显示面板上进行的不同设置执行相应的程序模块 ,有工作页 面 、主菜单页面 、诊断管理页面 、规格选择页面 、自动调整页面 、
仪器仪表用户
绝对值统计页面 、统计表管理页面 、图形显示页面 、图形触发 页面 、密码管理页面等 。工作页面即是系统启动后自动显示 的页面 ,包括系统运行时间 、速度 、检测烟包数 、烟包规格等 ;诊 断管理页面可以关闭或执行各种故障诊断 ,设置工作参数 、固 定检测及输出锁定管理等 ; 规格化处理就是为了使得系统能 够对光电管差别作出补偿 ,该页面允许使用者对该系统所有 的光电管的平均工作基准和平均剔除基准进行图形化检测 ; 自动调整页面可以进行系统的自动调整如系统对经过光电管 前面的烟包所做的状态分析的自动校准等 。其主 CPU 模块控 制程序流程图如图 2所示 。烟丝侧和滤咀侧信号处理模块控 制程序完成采集数据并与系统设置的剔除基准值进行比较判 断是否空头或缺支 ,与主 CPU模块进行通信 ,执行主 CPU 模块 发送的指令 。
基于单片机的步进电机控制系统研究
基于单片机的步进电机控制系统研究一、本文概述随着现代工业技术的快速发展，步进电机作为一种重要的执行元件，在精密控制、自动化设备、机器人技术等领域得到了广泛应用。
步进电机控制系统是实现其精确、高效运行的关键，而单片机作为一种集成度高、功能强大、成本较低的微控制器，在步进电机控制系统中发挥着重要作用。
本文旨在研究基于单片机的步进电机控制系统，分析其设计原理、实现方法以及性能优化，为步进电机控制系统的实际应用提供理论支持和技术指导。
本文首先介绍了步进电机的工作原理和特性，以及单片机在步进电机控制中的应用优势。
接着，详细阐述了基于单片机的步进电机控制系统的总体设计方案，包括硬件电路设计和软件编程实现。
在硬件电路设计方面，重点介绍了单片机选型、驱动电路设计、电源电路设计以及接口电路设计等内容；在软件编程实现方面，主要讨论了步进电机的控制算法、运动轨迹规划以及通信协议设计等关键技术。
本文还对基于单片机的步进电机控制系统的性能进行了深入分析和优化。
通过实验研究，对比了不同控制算法对步进电机运动性能的影响，探讨了提高系统精度和稳定性的有效方法。
针对实际应用中可能出现的干扰和故障，提出了相应的抗干扰措施和故障诊断方法。
本文总结了基于单片机的步进电机控制系统的研究成果，并展望了未来的发展方向。
通过本文的研究，不仅有助于加深对步进电机控制系统原理和实现方法的理解，也为步进电机控制系统的优化设计和实际应用提供了有益的参考和借鉴。
二、步进电机及其控制原理步进电机是一种特殊的电机类型，其设计允许它在离散的角度位置上精确地旋转。
与传统的交流或直流电机不同，步进电机不需要复杂的控制系统来实现精确的位置控制。
它通过一系列离散的步进动作，即“步进”，从一个位置移动到另一个位置。
每个步进的角度通常是固定的，这取决于电机的设计和构造。
步进电机通常由一组电磁线圈构成，每组线圈都与电机的一个或多个极相对应。
当电流通过线圈时，它会产生一个磁场，这个磁场与电机内的永磁体相互作用，导致电机轴的旋转。
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2．本课程设计课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）：
课程设计任务：根据给定的任务要求选择合适的单片机和其他电子元器件，进行系统硬件电路设计和软件编程，根据系统制作并调试系统电路板，使之实现任务要求。有关参数选择要求符合国家标准。具体设计内容如下：
课程设计任务书
3．对本课程设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：
（1）选定供电方案；
（2）设计主电路，选择主电路的参数；
（3）设计整流器的相控触发电路；
（4）设计保护电路及计算其相关参数。
（5）编写设计说明书，包括：①设计过程和有关说明；②系统电路图；③控制程序（或流程图）；④电气元器件的选择和有关计算；⑤电气设备明细表；⑥参考资料、参考书及参考手册；⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
2013年
6月17日
6月17日~18日
6月19日~22日
6月23日~25日
6月26日~28日
6月28日
下达任务书
完成原理设计
原理验证
安装调试
撰写设计报告
课程设计答辩
教研室主任审查意见：
负责人签字：年月日
4．主要参考文献：
1、陈伯时.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社，2002
2、张有松，朱龙驹.韶山4型电力机车.中国铁道出版社，2004
3、胡寿松.自动控制原理(第三版).国防工业出版社，2000
4、连级三.电力牵引控制技术.中国铁道出版社，2001
5．本课程设计课题工作进度计划：
起迄日期
工作内容
皖西学院
课程设计任务书
系别：
机电学院
专Hale Waihona Puke ：10电气学生姓名：
学号：
课程设计题目：
基于单片机的步进电机控制系统设计
起迄日期:
6月17日~6月28日
课程设计地点:
电机与拖动控制实验室
指导教师:
刘世林
下达任务书日期: 6月17日
课程设计任务书
1．本次课程设计应达到的目的：
1)电机传动与控制课程设计的目的是为了让学生熟悉电机相关基础知识，并且利用小型的控制系统对电机传动与控制业课程理论知识的再现，让学生体会电机在小型控制系统中的应用的广泛性，为今后实际工程中应用电机奠定基础。
控制电动机的转速
步进电机的转速，是通过软件延时的方法来改变的，例如：步进电机按单—双八拍方式来工作时，通电顺序为A—AB—B—BC—C—CD—Ｄ—DA—A在A通电后有时间延迟，隔一段时间后再变为ＡＢ同时通电。在每一个间隔都有程序来实现时间延迟。通过改变延迟时间的大小，可以改变电动机的转速，进而实现电动机转速的控制。
步进电机控制、模拟交通灯控制、模拟键盘输入及显示模块。
控制电机正反转
步进电机有四相绕组A、B、C、D，当一绕组通电时在电动机内部形成N－Ｓ极，产生磁场，当通电的相发生变化，磁场发生旋转，在磁场的作用下，转子将转动，若步进电机按单－双八拍的方式来工作，择在Ａ、B、C、D相绕组上输入脉冲的顺序为A—AB—B—BC—C—CD—Ｄ—DA—A:步进电机沿顺时针方向转动，即正转，若在Ａ、B、C、D各相绕组上依次输入脉冲A—AD—D—DC—C—CB—B—BA—A:步进电机将沿逆时针方向旋转，因此只要控制脉冲输出顺序，就可以控制电机的正转/反转。