基于单片机和proteus的步进电机控制
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51单片机的步进电机正反转可控设计与仿真
2020.19设计研发基于51单片机的步进电机正反转可控设计与仿真李建中(江苏省海门中等专业学校，江苏南通，226100)摘要:步进电机是伺服控制中的关键部件，对步进电机进行精确高效地控制，是实现精密运动、制造等的重要手段。
釆用51单片机作为电机的控制核心-ULN2003A作为电机的驱动芯片，选用额定电压为5V的小型步进电机，设置正转、反转、停止、加速、减速5个按钮，其中正转、反转和停止均有对应的LED指示灯。
通过Keil进行控制程序的编写，在Proteus 中进行仿真电路的连接，结果表明：电路设计正确；步进电机能够根据按钮指令进行运转，达到了设计预期；系统可应用于某些需要高精度控制的场合。
关键词：步进电机；51单片机；ULN2003A；Keil；ProteusDesign and Simulation of Positive and Negative Rotation ofStepping Motor Based on51Single Chip MicrocomputerLi Jianzhong(Jiangsu Province Haimen Secondary Vocational School,Narrtong Jiangsu,226100)Abst r act；St epper motor is the key compone n t in servo cont r ol.It is an import a n t means to realize precise motion and manufacture to control stepping motor accurately and efficiently.51single chip microcomputer is used as the cont r ol core of the mot o r,uln2003a is used as the driving chip of the motor,the small st e pping motor with:r ated volt a ge of5V is selec t ed,and five buttons of forward rotation,reverse rotation,stop,acceleration and deceleration are set,and the corresponding LED indicator lights are used for forward rotation,reverse rotation and stop.The resuIts show that:the circuit design is correct;the stepper motor can operate according to the button command,which meets the design expectation;the system can be applied to some occasions requiring high-precision control.Keywords：stepper motor;51single chip microcomputer;ULN2003A;Keil;Proteus0引言步进电机在工业制造、数控机床、各种伺服系统中均有应用。
基于单片机的步进电机驱动控制系统设计答辩稿
总结
毕业设计是难得的理论与实践相结合的机会。通过这次单 片机与步进电机相结合的设计，各元器件的选用以及 Proteus软件的使用，使我对专业知识与实践应用不断提 高，同时，对硬件的设计问题深入了解。整个研究主要以 单片机为基础，用单片机来控制步进电机的转动。通过这 次研究，我熟悉了单片机的一般性搭建电路，了解一般电 子电路与单片机构成简单系统及编程的方法。通过对各种 设计电路的软件的使用，提高了自己的实际动手能力和独 立思考的能力，进一步加深对单片机常用指令的理解与运 用。能够较熟练的运用Proteus绘制电路原理图以及进行 仿真。以及Proteus的调试，积累不少实际电子制作经验 ，达到了学以致用的目的，真正的把理论和实践结合起来 ，让我们进一步体会到实践的重要性，对我们以后的工作 有很大的促进作用。
系统软件结构设计
本次毕业设计采用的单片机是AT89C51。程序主要包括 ：数码显示程序设计、定时件结构设计
显示程序主要显示步进电机的转速及转向.
系统软件结构设计
定时器所给定的时间长短，实质是决定步进电机在特定转 向下的转速，当定时时间较长时步进电机的转速较快，当 定时时间较短时，步进电机的转速较快。
基于单片机的步进电机驱动控制系统设计
班级： 学生： 学号： 指导老师：
LOGO
系统的背景及意义
指针式电子钟表
一直以来，国内外对步进电机的研究一直很活跃。这是因为 工业机械手 步进电机的控制应用已经深深渗透到国民生活、生产的各个领域 。步进电机是一种常用的机电元件，它的定角转动控制主要是通 过电脉冲信号来对相绕组电流进行控制才得以实现的，与其他类 型的电机进行相比，步进电机具有许多优点，比如较易于实现开 环精确控制，并且无积累误差等是它最具竞争力的，因此在各种 各样的领域中都有步进电机广泛的应用。为了达到现在人们对智 能化和网络化的需求，步进电机的控制技术也在不断更新发展， 印刷机 功能强大的单片机也越来越多地应用到步进电机控制系统，实现 数控切割机 了强强联合，势不可挡! 本课题研究步进电机和单片机的原理，并设计实现利 用单片机对步进电机进行驱动控制。并利用Proteus 仿真平台仿真实现以单片机作为控制核心对步进电机 进行驱动控制使其实现“正转”、“反转”、“加速”、 “减速”以及“停止”运动的电路设计和软件设计及仿真。
单片机课程设计步进电机
单片机课程设计-步进电机江南大学物联网工程学院课程设计报告课程名称：单片机原理及应用设计题目：基于单片机的步进电机控制器设计班级：姓名：学号：指导教师：评分：年月日基于单片机的步进电机控制器设计摘要：本设计是用80C52单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生，用单片机技术和C 语言编程设计来进行步进电机的控制。
通过人手动按开关实现步进电机的启动与停止、步进电机的正转反转，加速及减速等功能，此外还有LCD 数码管进行实时显示功能。
同时本文也通过了proteus软件的仿真，在仿真结果中能看出近似真实的效果。
经过proteus仿真，结果表明，系统实现了要求。
该系统电路简单，可靠性强，运行稳定。
关键词：步进电机单片机LCD proteus 仿真1课题主要研究内容和要求本设计采用单片机80C52来作为整个步进电机控制系统的运动控制核心部件。
所选的步进电机是四相五线的，由于步进电机需要高功率驱动，单片机不能与步进电机直接相连，因此我们需要采用了电机驱动芯片ULN2003连接步进电机和单片机。
为了显示步进电机转速，我用数码管来显示速率。
再加上一些独立按键来实现步进电机调速、改变转向的功能。
这样就构成了一个基本的步进电机控制系统。
系统的具体功能和要求如下：1、电机转速可以平稳控制；2、通过键盘和显示器可以设置电机的转速；3、能显示电机的运动趋势；2所需仪器设备所需器件备注所需器件备注STC89C52一片12M晶振一个单片机ULN2003驱一片按键五个动芯片八位共阳数一片异步电机一个码管芯片不同阻值电若干+5V电源一个阻30pF电容两个3系统总体设计本设计的硬件电路包括独立按键控制模块、步进电机驱动模块、数码管显示模块和单片机最小系统四部分。
单片机最小系统由时钟电路和复位电路组成，保证单片机正常运行；独立按键控制模块由开关和按键组成，当按下按键时，该系统就按照该按键控制的功能运作；显示模块主要是为了显示电机的工作状态和转速；驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。
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。
proteus15 控制步进电机
uchar CCW[4]={0x09,0x03,0x06,0x0c}; //输出反转数据
void delay(uint i ) //延时子程序
{
while(i--) ;
}
main()
{
uchar i,j;
while(1)
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit s1=P1^0;sbit s2=P1^1;sbit s3=P1^2;sbit s4=P1^3;
uchar R=5,f; //R用于调速控制，5为初值；f=0不转；f=1正转; f=2反转；
{
if(s1==0) f=0;
if(s2==0) f=1;
if(s3==0) f=2;
if(f==0) P0=0xff; //停止不转
if(f==1) //正转
{
for(i=0;i<=3;i++)
{
P2=CW[i]; //输出正转数据
for(j=0;j<=R;j++)//控制延时次数，用延时时间调节转速
{
R=R+3; //改变延时次数
if(R>20) R=5;
}
while(s4==0);//松手检测
}
}
}
通过引入现实生活中的实例，引入电路
一体化课堂教学
10分钟
20分钟
50分钟实训
10分钟总结
教学反思
{delay(1000);}
}
}
if(f==2) //反转
《2024年基于单片机的步进电机控制系统研究》范文
《基于单片机的步进电机控制系统研究》篇一一、引言随着科技的发展，步进电机因其高精度、低噪音、易于控制等优点，在各个领域得到了广泛的应用。
然而，传统的步进电机控制方式存在控制精度低、响应速度慢等问题。
因此，基于单片机的步进电机控制系统应运而生，其具有体积小、控制精度高、响应速度快等优点。
本文旨在研究基于单片机的步进电机控制系统的设计原理、实现方法以及应用前景。
二、步进电机控制系统的基本原理步进电机是一种将电信号转换为机械运动的设备，其运动过程是通过一系列的步进动作实现的。
步进电机的控制原理主要是通过改变电机的电流和电压，使电机按照设定的方向和速度进行旋转。
三、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主要由单片机、步进电机驱动器、步进电机等部分组成。
其中，单片机是控制系统的核心，负责接收上位机的指令，并输出相应的控制信号给步进电机驱动器。
步进电机驱动器则负责将单片机的控制信号转换为适合步进电机工作的电流和电压。
在硬件设计方面，我们选择了一款性能稳定、价格适中的单片机作为主控制器，同时设计了相应的电路和接口，以实现与上位机和步进电机驱动器的通信。
在软件设计方面，我们采用了模块化设计思想，将系统分为初始化模块、控制模块、通信模块等部分，以便于后续的维护和升级。
四、基于单片机的步进电机控制系统的实现在实现过程中，我们首先对单片机进行了初始化设置，包括时钟设置、I/O口配置等。
然后，通过编程实现了对步进电机的控制，包括步进电机的启动、停止、正反转以及速度调节等功能。
此外，我们还实现了与上位机的通信功能，以便于实现对步进电机的远程控制和监控。
五、实验结果与分析我们通过实验验证了基于单片机的步进电机控制系统的性能。
实验结果表明，该系统具有较高的控制精度和响应速度，能够实现对步进电机的精确控制。
同时，该系统还具有较好的稳定性和可靠性，能够在各种复杂环境下正常工作。
此外，我们还对系统的抗干扰能力进行了测试，结果表明该系统具有较强的抗干扰能力。
基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计
计算机控制技术课程设计报告《基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计》专业及班级______ 09自动化（1）班_________ 姓名_____ 吴红田坤王林指导老师_______ 丁健______________完成时间_______ _ 2012-6-17__________________基于protues的步进电机控制系统设计摘要：步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。
控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。
为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。
人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。
此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被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，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。
一、步进电机原理、控制技术及其特点由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备….步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统的控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。
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PROTEUS的单片机对步进电机运动控制仿真
Value Engineering 表2元件清单序号标号型号所在库名称序号标号型号所在库名称123456R1RP1C1C2C3U110k 4K733pf 33pf 10uF 74LS244Resistors Resistors Capacitors Capacitors Capacitors 74LS series7891011～1819U2U3U7X1K1-K8K974LS273L298AT89C5112MHZ方向速度按钮复位按钮74LS series Analog ICs Microprocessor ICsMiscellaneous Switches&RelaysSwitches&Relays 0引言步进电动机是一种将数字式电脉冲信号转换成机械角位移的机电信号，它的机械角位移与输入的数字脉冲信号有着严格的对应关系：即一个脉冲信号可以使步进电动机前进一步。
步进电动优点多，如可以直接实现数字控制，控制性能好，无摩擦，抗干扰能力强，误差不长期积累，具有自锁能力和保持转矩的能力。
在数控机床、医疗器械、仪器仪表、机器人等设备中得到了广泛的应用。
由于它是一种用脉冲控制的电机，利用单片机的四个8位可编程I/O 口很容易实现对步进电机的控制。
1四相步进电机的控制原理1.1控制要求：①能对转速和步数进行控制；②可实现电机的正反转控制。
1.2转速和步数的控制单四拍也叫一相励磁，特点是精度好，功耗小，但输出转矩小，振动较大。
步距角等于电机标称的步距角；双四拍也叫二相励磁，特点是输出转矩大，振动小，但功耗大。
步距角等于电机标称的步距角；除此之外还有一二相励磁，特点是分辨率高，运转平滑。
步距角为电机标称的1/2。
本文对双四拍进行介绍，步进电机的转速取决于输入的脉冲频率。
从图1可以看出，当改变输入脉冲的周期时，ABCD 四相绕组高低电平的宽度将发生变化。
这就导致通电和断电变化的速率发生变化，使电机转速发生变化。
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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航空航天大学课程设计（论文）题目：基于单片机和proteus的步进电机控制班级 *******学号 ************学生姓名 X X X指导教师 X X X航空航天大学课程设计任务书课程名称计算机控制技术院（系）专业班级 ******** 学号 *********** 学生 ******课程设计题目基于单片机和Proteus的步进电机控制课程设计时间年月日至年月日课程设计容及要求：利用Proteus仿真环境和C51编程软件，绘制基于51单片机的步进电机控制系统硬件原理电路、编制基于C51的步进电机控制软件，实现步进电机速度、方向、及旋转角度的计算机控制。
本设计主要容有：1) 了解51系列单片机及外围相关芯片、电路的工作原理和接口技术，学会进行控制系统软件程序设计。
2) 编制程序完成步进电机速度、方向、及旋转角度的控制。
3) 设计相关的硬件电路，软硬调试实现步进电机速度、方向、及旋转角度的控制，分析结果。
4) 学会运用“自动控制原理”、“现代控制理论”和“计算机控制技术”所学理论知识进行控制器的设计和计算机控制的算法实现。
为今后毕业设计、将来工作做必要的知识储备。
课程设计主要要求有：1) 掌握步进电机工作原理和51单片机的工作原理、控制方式设置方法，给出完整硬件原理图。
2) 学会利用C或C++等高级语言编程，实现步进电机速度、方向、及旋转角度的控制功能。
3) 整理程序设计文档、按照课程设计要求撰写课程设计报告，字数不少于8000字。
指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日目录0. 前言 (1)1. 电路基本理论 (1)2. 方案设计 (2)3. 硬件电路的工作原理 (2)3.1步进电机模块 (3)3.2 控制模块 (3)3.3 LCD显示模块 (3)4. 软件编程 (4)4.1 程序流程图 (4)4.2 MCS-51单片机引脚功能 (5)4.3 源程序 (6)5. 系统调试和结果分析 (9)5.1 电机正转运行 (9)5.2 电机反转运行 (10)5.3 电机停止转动 (10)6. 结论及进一步设想 (11)参考文献 (12)附录1 元件清单 (13)课设体会 (14)基于单片机和proteus的步进电机控制*** 航空航天大学自动化学院摘要：单片机以其较小的体积、低成本、高可靠性、高附加值等优点实现了过去一个很复杂的电路所能实现的功能，因而被广泛的应用，也取代了经典的控制系统；步进电机是一种将电脉冲转变为角位移的执行机构，可通过控制脉冲数来控制角位移量，从而达到准确的定位目的，也可通过控制脉冲的频率来控制电机的转速和加速度；本文通过proteus 的单片机仿真来实现其功能，并且能够在仿真中看见十分近似于真实的结果。
关键词：单片机；proteus；步进电机0. 前言步进电机是一种将电脉冲转变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。
可通过控制脉冲数来控制角位移量，从而达到准确的定位目的，也可通过控制脉冲的频率来控制电机的转速和加速度；从而达到调速的目的。
本文通过对步进电机的软件设计和硬件设计包括步进电机的结构、原理及应用，根据原理和硬件的设计利用c语言编写程序，经过反复运行和调试，实现单片机对步进电机的控制。
1. 电路基本理论步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。
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，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。
控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。
控制步进电机的速度，即给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步，两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。
同时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. 方案设计基于单片机和proteus的步进电机控制电路的基本组成如图1所示。
控制台单片机步进电机LED显示器图1 基于单片机和proteus的步进电机控制电路的原理框图根据设计要求，采用的方案如下。
硬件部分实现电机转动和速度显示功能，包括控制开关模块；电机转动模块和速度显示模块。
软件部分实现对步进电机的控制功能，主要设计思想通过控制台控制程序的开关来控制电机的转动，由电机反馈回来的数据经单片机控制显示器显示数据.。
3. 硬件电路的工作原理3.1步进电机模块（如图2所示）图2 步进电机功能：单片机输出的程序通过转换器和电机驱动器给步进电机一个脉冲信号，使步进电机实现正转与反转。
3.2 控制模块(如图3所示)图3 控制模块功能：通过控制台实现对单片机程序的开与关。
3.3 LCD显示模块(如图4所示)图4 LCD显示器功能：通过单片机输出的电机反馈信号使LCD显示器显示出步进电机的转动状态。
4.软件编程4.1 程序流程图：（如图5所示）图5：程序流程图4.2 MCS-51单片机引脚功能：（如图6所示）图6：单片机引脚图1 电源线：VCC：+5 V电源。
VSS：地线。
2 RST：复位信号线。
当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。
3 信号引脚介绍P0.0 ～ P0.7： P0口8位双向口线。
P1.0 ～ P1.7 ：P1口8位双向口线。
P2.0 ～ P2.7 ：P2口8位双向口线。
P3.0 ～ P3.7 ：P3口8位双向口线。
4 XTAL1和XTAL2：外接晶振引脚。
当使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。
5 控制引脚：ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。
（1） -EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器地址允许输入端。
第二功能：固化编程电压输入端。
（2） ALE/-PROG(30脚）：地址锁存允许信号端。
第二功能：编程脉冲输入端。
（3） -PSEN（29脚）：程序存储允许输出信号端。
4.3 源程序：#include<reg52.h>#define uc unsigned char#define ui unsigned intsbit KEY=P3^3;sbit P1_0=P1^0;sbit P3_0=P3^0;sbit P3_1=P3^1;sbit P3_5=P3^5;sbit P3_6=P3^6;sbit P3_7=P3^7;uc Flag;uc code fan[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08，0x09}; uc code zheng[]={0x09，0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01}; ui speed=1000,time;void delay(ui t){while(t--);}void xianshi(uc f) //显示转向{P1_0=0;P0=f;delay(5);}void Speedup()//加速{time=speed;time=time-100;if(time<100)time=100;}void Speeddown()//减速{time=speed;time=time+100;if(time>2000)time=2000;}void main(){uc i;EX1=1; //外部中断1开IT1=1; //边沿触发EA=1; //全局中断开P0=0xff;while(1){while(Flag==0){for(i=0;i<7;i++){xianshi(0x5b);//显示 Z 标示正转P2=zheng[i];delay(speed);}}while(Flag==1){for(i=0;i<7;i++){xianshi(0x71);//显示 F 标示反转P2=fan[i];delay(speed);}}while(Flag==2) //停止{P2=0;xianshi(0x6D);// 显示 S}}}void ISR_Key() interrupt 2{delay(500);if(!KEY){if(P3_5==0)Flag=0;if(P3_6==0)Flag=1;if(P3_7==0)Flag=2;if(P3_0==0)Speedup();if(P3_1==0)Speeddown();}}5.系统调试和结果分析5.1 电机正转运行（如图7所示）图7：电机正转结果图电机正转显示Z5.2 电机反转运行（如图8所示）图8：电机反转结果图电机反转显示F5.3 电机停止转动（如图9所示）图9：电机停止转动图电机停止转动显示S6. 结论及进一步设想本设计采用51单片机AT89C51（晶振频率为12MHZ）对四相六线制步进电机（阻33欧，步进1.8度，额定电压12V）进行控制。
通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机。
ULN2003 是高耐压、大电流达林顿列，由七个硅NPN 达林顿管组成。
ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。
通过ULN2003构成步进电机的驱动电路，电路图如图1所示。
51的25-28口接ULN2003的1-4输入端。
另外，用键盘来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速，采用74LS164作为2位单个数码管的显示驱动。
74LS164带锁存，使用串行接法可以节约I/O口资源。
其电路图如图2所示。
通过51的TXD和RXD口对CLK和DATA发送数据参考文献设计的步进电机基本能实现预期目标，经过调试和修改，但还是存在问题，比如按开关的时候会出现不稳定情况，转速有时比较乱，显示有时也有些不理想，后面的工作就是在软件和硬件等方面进行修改，以完全达到预期目标。
参考文献[1] 复华. 单片机及其应用系统. ：清华大学，1992[2] 斌，董慧颖. 可重组机器人研究和发展现状. 工业学院学报，2000，19（4）：23-27[3] 朝清，单片机原理及接口技术[M].：航空航空航天大学，1999[4] 文涛，MCS-51单片机培训教程[M].：工业，2005:141-145[5] 仁定. 电机的微机控制. 机械工业,1999[6] 铁才,杜坤梅. 电机控制技术. 工业大学, 2000[7] 宁爱华. 步进电机的微机控制方法与高速特性分析. 西南民族大学学报(自然科学版) , 2003附录1 元件清单课设体会本论文是在***老师的悉心指导下完成，在整个过程中，*老师投入了大量的精力，给我很多的指导和帮助，使得我顺利完成任务，特此，对*老师表示由衷的感。