步进电机调速测速和显示系统基于单片机
基于单片机的电机测速及显示课程设计
单片机创新设计报告设计题目：基于单片机的电机测速及显示学院：机电工程学院专业：测控技术与仪器班级学号：071*名：***同组人员：李爽、朱浩波指导教师：王军冯梅林设计时间：2010、10、10--2010、10、30单片机简介 (3)1.1单片机历史 (3)1.2 AT89C51的主要特性 (4)1.3管脚说明 (5)1.4振荡器特性 (7)1.5芯片擦除 (8)二、硬件电路的设计 (8)2.1 AT89C51下载器部分 (8)2.2电机驱动部分 (11)三、程序设计 (16)3.1 下载器程序 (16)3.2电机测速程序 (25)四、总结 (39)五、参考文献 (40)单片机简介单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。
它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。
1.1单片机历史1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。
以Intel公司的MCS – 48为代表。
MCS – 48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。
这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。
2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。
Intel公司在MCS – 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS –51。
它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。
①完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。
②CPU外围功能单元的集中管理模式。
③体现工控特性的位地址空间及位操作方式。
④指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。
3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。
基于单片机的步进电机调速系统
平顶山学院本科毕业论文（设计）基于单片机的步进电机调速系统设计董煜明PINGDINGSHAN UNIVERSITY毕业设计基于单片机的题目: 步进电机调速系统设计院(系): 电气信息工程学院专业年级: 电气工程及其自动化11级姓名: 董煜明学号: 111220102指导教师: 南亚明助教2015年4月28日原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。
毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。
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对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
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论文作者签名：日期：关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属平顶山学院。
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本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为平顶山学院。
论文作者签名：日期：指导老师签名：日期：基于单片机的步进电机调速系统设计摘要步进电机是一种数字控制电机，本设计是使用单片机对步进电机调速设计，采用了AT89C51型单片机，并设计了相应的时钟电路，驱动电路等。
实现了步进电机的速度调整以及正转反转的设计目标。
利用单片机对步进电机进行调速设计，具有成本低，性价比高，系统相对简单等优点。
关键词：步进电机，单片机，调速系统Stepper motor speed control system design basedon MCU stepABSTRACTStepping motor is a kind of digital control of the motor, the electric pulse signal into angular displacement or linear displacement, compared with other types of motors, stepper motor without accumulated error and easy to open loop control. The stepper motor speed control using single chip computer, which has the advantages of low cost, high performance price ratio, has the advantages of relatively simple system etc.. This design uses the AT89C51 microcontroller to control the stepper motor, can adjust the speed of the stepper motor and the design goal is to reverse.Keywords: stepper motor, microcontrollers, speed control system目录1 绪论 (1)1.1学术背景及研究意义 (1)1.1.1 步进电机的基本类型 (1)1.1.2 步进电机现有控制办法 (1)1.1.3 当前步进电机控制系统的缺点与未来发展趋势 (1)1.1.4 国内外研究概况 (2)1.1.4 研究意义及研究目的 (2)1.1.5 研究内容 (2)1.2 论文内容安排 (3)2 步进电机概述 (4)2.1 步进电机的特点 (4)2.2 步进电机的工作原理 (4)2.3 步进电机的工作方式 (4)2.4 三相步进电机 (5)2.5 步进电机技术参数 (6)3 硬件电路设计 (7)3.1系统结构图 (7)3.2 电路原理图 (7)3.3 AT89C51型单片机 (8)3.4 时钟电路 (9)3.5 显示电路 (10)3.6 驱动电路 (11)4 控制系统软件设计 (13)4.1步进电机调速概述 (13)4.2 主程序设计 (13)4.4键盘程序设计 (14)4.5 Proteus仿真 (14)5 结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (21)1 绪论1.1学术背景及研究意义1.1.1 步进电机的基本类型步进电机在励磁方式上进行分类的话，大致可以分为三类，分别是定子上有绕组、的反应式步进电机，转子用永磁材料制成的永磁式步进电机，以及综合了反应式、永磁式优点的混合式步进电机。
基于单片机的步进电机调速系统毕业设计
摘要步进电动机由于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。
本文介绍的是一种基于单片机的步进电机的系统设计，用汇编语言编写出电机的正转、反转、加速、减速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2004以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用相应的发光二极管显示出来。
本文内容介绍了步进电机以及单片机原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试，同时介绍了调试过程中出现的问题以及解决问题的方法。
该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。
关键词：步进电机；脉宽调制；驱动机构；单片机；转动AbstractThe open-loop system which is composed by step-motor is simple, cheap and very practical, so there are very wide range of applications in printers and other office automation equipment and various control devices, and many other fields.This article describes one design of step-motor system based on microcontroller.The program of the preparation of a motor , reverse, speed up, slow down, stop is written by compile language. The above functions are realized through the microcontroller, motor driver chip ULN2004 and correspond key , and the work state of stepper motor is diaplayed through the light-emitting diode. This article introduces the principle of stepper motor and single-chip microcomputer, the system hardware circuit, the program components, while software and hardware for the debugging, at the same time introduces the problems which are appeared in the debugging process and the solutions of the problems . The design has the advantages of clear , high reliability, strong stability, etc.,and the above-mentioned functions are realized through the debugging.Key Words:Stepper motor; Pulse-width modulated; driving mechanism; singlechip; rotation目录第1章绪论 (1)1.1 课题研究的目的和意义 (1)1.2 国内外研究概况 (1)1.3 论文的主要研究内容 (2)第2章步进电机与单片机简介 (3)2.1 步进电机介绍 (3)2.2 步进电机驱动系统介绍 (7)2.3 单片机原理 (9)2.4 ULN2803原理 (17)2.5 晶体振荡器 (19)2.6 发光二极管 (21)第 3 章系统整体硬件结构 (22)3.1 系统框图 (22)3.2 电源部分 (22)3.3 按键部分 (23)3.4 驱动部分 (24)3.5 显示部分 (25)第4章系统软件设计 (27)4.1 系统开发软硬件环境 (27)4.2 系统主程序 (27)4.3 查键部分 (27)4.4 前进部分 (28)4.5 后退部分 (29)4.6 加速部分 (30)4.7 减速部分 (31)第 5 章系统的调试与检测 (32)5.1 程序编译时的错误与解决方法 (32)5.2 LM7812输出电压错误与解决方法 (32)5.3 步进电机转动错误及解决方法 (32)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)附录 (36)本次毕业设计选用的步进电机是四相步进电机，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显示。
基于单片机步进电机转速测速控制器
摘要在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。
步进电机作为最常见的一种电机，作为一种数字伺服执行元件，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，广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。
为了实现步进电机的简易运动控制，一般以单片机作为控制系统的微处理器，通过步进电机专用驱动芯片实现步进电机的速度和位置定位控制。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
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。
步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。
步进电机是数字控制电机，它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，因此非常适合于单片机控制。
本设计采用89C52单片机为核心设计，L297和L298为驱动芯片，用单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率时间对步进电机的转速控制，实现电机调速与正反转功能，并用数字灯和数码管显示当前状态。
【关键词】步进电机单片机L297 L298IABSTRACTIn the electrical era, the motor plays an important role in indus trial and agricultural production and daily life. Stepper motor as th e most common type of motor, a digital servo actuator, stepper motor has a simple structure, reliable operation, easy to control, good con trol performance, widely used in CNC machine tools, robots, automated instrumentation areas. Generally based onsingle chip as the microproc essor control system for easy movement of the stepper motor control, speed and position of the stepper motor positioning control stepper m otor-specific driver chip.The stepper motor is the electrical pulses into angular displacement or linear displacement of the open-loop con trolcomponents.In the case of non-overloading, motor speed, the stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regard less of load changes, to the motor plus a pulse signal, the motor is turned to a step angle. The existence of this linear relationship, co upled with the characteristics of the stepper motor only periodic err or without accumulated error. Makes the speed, position and control t he stepper motor to control very simple. Governorgeneral of the stepp er motor is to change the frequency of the pulse input stepper motor to achieve the speed control of stepper motor, stepper motors each to a pulse rotating a fixed angle, so that you can control the stepper m otor a pulse to the next pulse time interval to change the frequency of the pulse, the delay length to specifically control the stepping a ngle to change the motor speed, in order to achieve the speed control of stepper motor.Stepper motor is a digital motor control, it will pulse signal ch anges in angular displacement, that is, to a pulse signal, the steppeIIr motor to rotate atan angle, so it is suitable for single-chip contr ol.This design uses a 89C52 microcontroller as the core design, the L297 and L298 driver chip, change the time of the CP pulse frequency of the stepper motor speed control, motor speed control with reversin g function using theinternal timer of the microcontroller, and digita l light and The digital tube displays the current status.【Key words】Stepper motor Microcontroller L297 L298III目录前言 (1)第一章绪论 (2)第一节单片机控制步进电机的背景与意义 (2)第二节国内外研究状况 (2)1.2.1 国外研究状况 (2)1.2.2 国内研究状况 (3)第三节本文主要研究内容 (3)第四节本章总结 (4)第二章系统概述 (5)第一节步进电机介绍 (5)2.1.1 步进电机的概述 (5)2.1.2 步进电机的工作原理 (8)2.1.3 步进电机的选择 (9)第二节步进电机驱动介绍 (10)2.2.1 步进电机驱动系统简介 (10)2.2.2 步进电机绕组的电气的特性 (11)第三节单片机介绍 (13)2.3.1 单片机原理概述 (13)2.3.2 单片机的应用系统 (13)2.2.3 AT89C52 (14)第四节核心芯片介绍 (18)2.4.1 L297的工作原理 (18)2.4.2 L297驱动相序的产生 (19)2.4.3 L298简介 (20)2.4.4 驱动方式的确定 (22)第五节本章总结 (22)- 1 -第三章系统的设计与实现 (23)第一节系统整体设计 (23)3.1.1 系统原理图 (23)3.1.2 系统整图 (23)第二节系统硬件电路的设计 (24)3.2.1 电源电路的设计 (24)3.2.2 按键电路的设计 (26)3.2.3 驱动电路的设计 (27)3.2.3 显示部分电路 (27)3.2.4 时钟部分 (28)3.2.5 抗干扰设计 (28)第三节系统软件程序设计 (29)3.3.1 系统主程序设计 (30)3.3.2 键盘控制程序设计 (30)3.3.3 正反转程序设计 (31)3.3.4 加减速程序设计 (32)3.3.5 显示子程序的设计 (33)3.3.6 定时中断流程图 (34)第四节本章总结 (35)第四章系统的测试 (36)第一节测试的步骤 (36)第二节测试的数据 (37)第三节理论与实际的分析 (38)第四节本章总结 (39)第五章总结与展望 (40)第一节总结 (40)第二节展望 (41)致谢 (42)参考文献 (43)- 2 -附录一 (44)英文原文 (44)英文翻译 (47)附录二 (50)源程序清单 (50)- 3 -前言步进电机广泛应用与ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷图设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量储存设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。
基于单片机控制的步进电动机调速系统设计
论文题目：基于单片机控制的步进电动机调速系统设计摘要步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
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。
步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。
在本设计方案中采用AT89C51型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。
关键词：步进电机，单片机，调速系统Abstract:Step-by-step electric motor is the ring opening gating element changing electricity pulse signal into angular displacement or line displacement. Under the situation of must overload, the electric motor rotation rate , discontinuous location depend on pulse signal frequency and pulse number only , make free from being loaded with the effect changing ,but be that being added a pulse signal , the electric motor by electric motor is to have rotated a step spur angle. This gleam of the sexual relationships existence, adds step-by-step electric motor characteristics such as only having the cyclicity error but there being no accumulative error.Feasible simplicity controlling a field using step-by-step electric motor to come to control changeable extraordinary in speed , location etc.Step-by-step electric motor speed regulation general be change import step-by-step electric motor pulse frequency come true step-by-step electric motor speed regulation, because of step-by-step electric motor every be given to a pulse right away rotate one fixed angle, such right away not bad pass under the control of step-by-step electric motor a pulse arrive at next pulse period come to change pulse frequency,Come to control the speed regulation , realizing step-by-step electric motor thereby to come to change the electric motor rotation rate step-by-step angle concretely the deferred length. Frequency adopt the internal timer of AT89C51 type monolithic machine to change CP pulse in the design plan in realizes the speed regulation controlling , realizing an electric motor and the function that the positive and negative rotates being in progress to step-by-step electric motor rotation rate thereby.Key words:Step-by-step electric motor , monolithic machine , speed regulation system摘要 (1)Abstract: (2)第一章步进电机概述 (4)第一节步进电机的特点 (4)第二节步进电机的工作原理 (4)第三节步进电机的分类 (4)一步进电机分为三大类 (4)二步进电机的内外结构 (5)第四节步进电机详细调速原理 (6)第二章本次设计的基本要求 (6)第三章方案的论证 (6)第一节驱动方式的确定 (6)第二节基本方案的确定 (7)第四章硬件电路的设计 (7)第一节单片机的选择 (7)第二节驱动电路的选择 (8)第五章算法的设计 (11)第一节 PID 控制算法 (11)第六章软件的设计 (16)第一节显示子程序的设计 (16)第二节键盘子程序的设计 (16)第三节驱动程序流程的设计： (18)第四节正反转程序流程图 (19)一正反转程序流程图 (19)二转速快慢程序流程图 (20)三定时中断流程图 (21)第七章实验结果与分析 (22)第一节有关参数的计算与分析 (22)第二节理论与实际的分析 (22)结束语 (24)致谢 (24)参考文献 (25){{第一章步进电机概述第一节步进电机的特点1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计51单片机步进电机调速
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计51单片机步进电机调速基于单片机控制的步进电机调速系统的设计|51单片机步进电机调速前言步进电机最早是在1920年由英国人所开发。
1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。
以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。
在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 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，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。
步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。
一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。
步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。
在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。
因此非常适合于单片机控制。
步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。
步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
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。
第一章步进电机概述第一节步进电机的特点一般步进电机的特点有以下三个特点：1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
2）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。
课程设计基于单片机的直流电机测速调速及显示系统设计
基于单片机的直流电机测速、调速及显示系统设计课程设计报告题目：基于单片机的直流电机测速、调速及显示系统设计摘要本文要紧研究了利用Quick51系列单片机操纵PWM信号从而实现对直流电机转速进行操纵的方式。
单片机具有体积小、功能强、本钱低、应用面普遍等优势，能够说，智能操纵与自动操纵的核心确实是单片机。
目前，一个学习与应用单片机的高潮在全社会大规模地兴起。
学习单片机的最有效方式确实是理论与实践并重，本文用8051单片机自制了一个采纳了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，而且对PWM信号的原理、产生方式和如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调剂，从而操纵其输入信号波形等均作了详细的论述。
还对直流电机的速度进行了测量和显示。
关键词：单片机、PWM、调速、测速、显示系统目录摘要 (1)目录 (2)第一章概述 (3)1.1概述 (3)Quick51的技术简介和进展前景 (3)1.2.1 SmartSOPC与Quick51 (3)1.2.2 Quick51特性 (4)第二章整体方案设计 (5)8051单片机简介 (6)PWM信号发生电路设计 (12)2.2.1 P WM的大体原理 (12)128*64液晶显示 (13)第三章硬件设计与连接 (13)传感器电路设计 (13)信号处置电路设计 (16)存储器电路设计 (17)I2C总线概述 (17)存储器电路 (18)显示电路设计 (18)PWM信号发生电路设计 (19)第四章软件设计 (20)系统软件总流程图 (20)程序清单 (21)答辩问题 (22)第一章概述1.1概述本文要紧研究了利用Quick51系列单片机，通过PWM方式操纵直流电机调速的方式。
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其成效大体相同。
PWM操纵技术确实是以该结论为理论基础，使输出端取得一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按必然的规那么对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
基于单片机的电机测速及显示
基于单片机的电机测速及显示单片机简介 (2)1.1单片机历史 (2)1.2 AT89C51的主要特性 (3)1.3管脚说明 (4)1.4振荡器特性 (6)1.5芯片擦除 (7)二、硬件电路的设计 (7)2.1 AT89C51下载器部分 (8)2.2电机驱动部分 (11)三、程序设计 (15)3.1 下载器程序 (15)3.2电机测速程序 (19)四、总结 (26)五、参考文献 (26)单片机简介单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
1.1单片机历史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。
（1）SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。
“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。
在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。
（本文由点梦时刻 倾情奉献）Micro Controller Unit（2）MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。
它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。
从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。
在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。
Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。
因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。
《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。
步进电机调速测速和显示系统基于单片机
测控系统综合设计课程设计题目基于单片机的步进电机调速系统学院机械工程学院专业测控技术与仪器学生姓名赵小龙学号年级2012级指导教师2016年 1月 9日基于AT89C51单片机的步进电机控制系统摘要步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。
具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。
本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机能根据设定的参数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启动和停止。
硬件是以AT89C51单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。
软件部分采用C语言编程，主要包括键盘显示程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。
关键词：步进电机控制系统；调速；单片机目录摘要 (I)第一章引言 (1)1.1 课题提出的背景和研究意义 (1)1.2 课题的主要研究内容 (2)1.3 本章小结 (2)第二章步进电机控制系统设计 (3)2.1 步进电机的原理 (3)2.1.1 三相单三拍通电方式 (3)2.1.2 三相双三拍通电方式 (5)2.1.3 三相六拍通电方式 (6)2.2 脉冲分配器 (8)2.3步进电机驱动电路 (8)2.4 步进电机的变速控制 (11)2.4.1 变速控制的方法 (13)2.5 本章小结 (14)第三章控制系统硬件设计 (15)3.1 硬件系统设计原则 (15)3.2 控制系统组成 (15)3.3 主要元件的选择 (16)3.3.1 单片机的选择 (16)3.3.2 可逆计数器的选择 (17)3.4 控制系统接口电路的设计 (18)3.4.1脉冲分配器设计 (18)3.4.2 显示电路设计 (19)3.4.3 外部晶振和复位电路设计 (20)3.5 控制系统整体电路设计 (21)3.6 本章小结 (22)第四章控制系统软件设计 (23)4.1 软件系统设计原则 (23)4.2 步进电机控制系统功能设计 (23)4.3 主程序设计 (24)4.3.1 主程序工作过程 (24)4.3.2 主程序工作流程图 (25)4.3.3 定时器T0中断程序流程图 (25)4.4 Proteus仿真 (28)4.5 显示程序设计 (28)4.6 键盘程序设计 (29)4.7 调速程序设计 (30)4.7.1 20BY步进电机参数 (30)4.7.2 步进电机转速与频率的关系 (30)4.8 本章小结 (31)第五章结束语 (31)参考文献 (33)附录 (35)附录A 系统程序（C） (35)附录B 控制系统电路图 (41)第一章引言1.1 课题提出的背景和研究意义由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中都得到了广泛的应用。
基于51单片机三相步进电机调速系统
基于51单片机三相步进电机调速系统学校：南京理工大学专业：机电一体化技术姓名：***班级：电气123学号：*********摘要步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
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计误差等特点，使得它在位置，速度等控制领域显得非常简单。
步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲频率来实现调速的，步进电机每给一个脉冲就转动一个固定角度，这样就可以通过控制步进电机的脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变转速，从而实现调速功能。
一. 步进电机1.1步进电机的工作原理本论文我们采用的电机是三相步进电机，其主要应用于完成调速功能。
步进电机是一种用电脉冲进行控制，将电脉冲信号转换成相位移的电机，其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比，每一个脉冲信号可以使步进电机旋转一个固定角度，脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电机运转的速度，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，他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频率来控制电动机的速度和加速度，从而达到调速的目的。
1.2 步进电机的特点1·一般步进电机的精度为步进角的百分之三到百分之五；2·步进电机外表允许的温度高，电机外表允许的最高温度应取决于不同的电机磁性材料的退磁点，一般的磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，所以步进电机的外表温度在摄氏80度到90度下完全正常。
3·步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
二单片机的选择本次设计以AT89C51作为步进电机的控制芯片。
基于单片机的步进电机调速系统设计
基于单片机的步进电机调速系统设计摘要:随着科学技术水平的日益提高，生活水平的逐步提高,平稳,噪音低的步进电机逐步走进生活、学习和办公的各个领域。
这次步进电机调速系统的设计引进了加、减速和正、反转按键控制功能,同时也用数码管显示步进电机转速的7个不同的等级,用彩色二极管显示电机的正转,反转,停止和运行。
通过编写程序烧录到单片机然后给步进电机输入信号进而得以控制步进电机的速度和加速度，从而实现单片机对步进电机调速系统的控制。
关键词：步进电机；调速系统；单片机1引言当今社会各行各业的崛起、发展、繁荣都已经离不开电子电路，手机，电脑，电梯已经成为当今人类离不开的生活必须品，而电机是这些电子电气产品中不可或缺的器件，所以对电机的控制以及电机的精准运行显得尤为重要，本次设计将围绕电机的正转反转，转速等级，以及电机启动停止的控制展开系统的设计。
2设计思路这次步进电机调速系统设计整体可以划分为三个模块:单片机基本单元电路,外围电路和程序编写。
单片机系统的基本单元电路为晶振电路和复位电路,其中晶振电路由两个电容和一个晶振构成,在单片机基本单元电路中晶振电路中的两个电容原件有快速其中和稳定频率的作用；复位电路包含两种，其中一种为上电复位电路，另一种为按键与复位电路。
外围电路由三个模块构成，其中P0口接四个不同颜色的发光二极管实现停止、运行、正反转的显示；P2口接数码管，用来显示步进电机转速的不同等级；P3口分别接有四个不同功能的按键，为加速键，减速键，启动键和反转键；P1口通过74LS04反向器与达林顿管ULN2003相接从而启动步进电机的运行转动。
通过上网查阅资料，编写测试各个子程序块，然后连接组合整理成完整的运行程序，实现对步进电机调速的控制。
3硬件电路80C51单片机基本单元电路。
包含晶振电路和复位电路。
复位电路中当RST 引脚加高电平复位信号时，单片机内部就执行复位操作，当复位信号变为低电平时，单片机便开始执行程序。
基于单片机的步进电机调速电路设计
摘要步进电机又称脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。
其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，且其输出转角、转速与输入脉冲个数、频率有着严格的同步关系。
步进电机由于其本身的特点，在具体的应用中有利于装置或设备的小型化和降低成本。
因而，广泛地应用在众多的领域中并得以不断的发展。
本设计采用8位单片机AT89S52对步进电机进行控制，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，信号经过驱动芯片驱动步进电机；同时，用4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速。
关键词步进电机单片机驱动速度控制ITHE DESIGN OF SPEED GOVERNING CIRCUIT FOR STEPPER MOTOR BASED ON MCUABSTRACTKnown as a pulse motor, Stepper motor is an implementation component in the digital control system. Its function is converted into a pulse signal corresponding to the angular displacement or linear displacement, and the output angle, speed and the number of the input pulses, the frequency has a strict synchronization relationship. Because of Stepper motor’s own characteristics, the specific applicatio n in favor of apparatus or equipment turn into miniaturization and make its cost into reduction. Therefore, it was widely used in many areas and developed continuously. This design uses 8-bit MCU AT89S52 to control stepper motor, with the output of timing the square wave through I/O port as stepper motor control signals, and the signal driver stepper motor through the driver chip; same time, to control the state of the motor with four keys and display the motor speed on LED indicator.KEY WORDS Stepper Motors MCU Drive Speed Governing目录中文摘要 (I)英文摘要......................................................................................................... I I 1 绪论.. (1)1.1 步进电机及其发展 (1)1.2 步进电机在我国的发展应用及前景 (1)1.3 本文研究内容 (3)2 步进电机的结构、工作原理及特性 (4)2.1 步进电机的概念 (4)2.2 步进电机的结构及工作原理 (4)2.2.1 步进电机的结构 (4)2.2.2 工作原理 (4)2.3 步进电机的特点 (6)2.4 步进电机的常用术语 (7)2.5 步进电机的振荡和失步 (8)2.5.1 振荡 (8)2.5.2 失步 (9)2.6 阻尼方法 (9)3 总体硬件设计 (11)3.1 控制系统框图 (11)3.2 单片机最小系统 (11)3.2.1 时钟电路 (12)3.2.2 复位电路 (13)3.3 显示电路 (14)3.4 按键控制电路 (15)3.5 步进电机驱动电路 (16)4 步进电机的单片机控制原理 (18)4.1 单片机控制系统流程图 (18)4.2 脉冲序列 (18)4.2.1 脉冲序列的生成 (18)4.2.2 脉冲序列的分配 (19)4.3 步进电机的运行控制 (20)4.3.1 步进电机的速度控制 (20)4.3.2 步进电机的方向控制 (21)4.3.3 步进电机的位置控制 (22)4.3.4 步进电机的加减速控制 (22)5 程序设计 (28)5.1 主程序设计 (28)5.2 定时中断设计 (30)5.3 外部中断设计 (31)6 结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (36)1 绪论1.1 步进电机及其发展步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一，是一种性能良好的数字执行元件，随着计算机应用技术、电子技术和自动控制技术在国民经济各个领域中的普及与深入，步进电机的需求量越来越大。
基于51系列单片机控制步进电机调速实验
基于51系列单片机控制步进电机调速实验实验目的及要求：1、熟悉步进电机的工作原理2、熟悉51系列单片机的工作原理及调试方法3、设计基于51系列单片机控制的步进电机调速原理图(要求实现电机的速度反馈测量，测量方式：数字测量)4、实现51系列单片机对步进电机的速度控制(步进电机由实验中心提供，具体型号42BYG )由按钮控制步进电机的启动与停止；实现加速、匀速、和减速控制。
速度设定由键盘设定，步进电机的反馈速度由LED数码管显示。
实验原理：步进电机控制原理一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。
步进电机是数字控制电机，它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，因此非常适合于单片机控制。
步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。
因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。
步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。
由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。
随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。
步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。
步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号可以由单片机产生。
电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：(图2所示)图1 是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。
基于单片机步进电机速度控制
步进电机控制的历史与发展
历史
步进电机最初是由美国发明家哈罗德·斯普拉里在20世纪初发明的，当时主要 用于调节收音机的音量。随着技术的发展，步进电机逐渐应用于各种工业领 域。
发展
随着计算机技术和数字控制技术的不断发展，步进电机的控制精度和性能得 到了显著提升。单片机作为一种常见的控制芯片，被广泛应用于步进电机的 速度控制。
控制算法
控制算法是用来控制步进 电机旋转的程序，它通常 由定时器、计数器等组成 。
程序设计
程序设计是用来实现控制 算法的程序，它通常由C 语言、汇编语言等编写。
控制程序实现
通过将控制算法和程序设 计结合起来，可以实现步 进电机的速度控制和位置 控制。
03
硬件设计
单片机选型
总结词
选择低功耗、高性能的单片机
输入输出接口设计
总结词
设计简单可靠的输入输出接口
详细描述
在输入输出接口设计时，需要选择合适的接口类型和规格，同时需要考虑接口的耐用性和可维护性。 对于输入接口的设计，可以选择光耦隔离或继电器隔离等方式；对于输出接口的设计，可以选择PWM 或SSR等方式。
04
软件设计
控制程序流程设计
初始化程序
设置单片机和步进电机的参数，包括输入 输出端口、电机型号等。
VS
模糊控制算法
根据电机的实际运行状态和环境参数，对 PID控制算法进行优化，提高控制的稳定 性和适应性。
单片机与上位机通信
Modbus协议通信
采用Modbus协议实现单片机与上位机之 间的通信，上位机发送速度控制信号和电 机状态信息，单片机接收并处理。
串口通信
基于单片机步进电机速度控制研究
基于单片机步进电机速度控制研究基于单片机步进电机速度控制研究步进电机是一种非常常见的电机类型，它在很多领域都有广泛的应用。
与传统的直流电机比较，步进电机具有很多优势，比如精度高、摩擦小、噪音小等。
但是为了更好地发挥步进电机的优势，需要对其进行精细的控制，包括速度的控制。
因此，基于单片机的步进电机速度控制研究非常重要，本文将对此进行深入探讨。
一、步进电机的原理和特点步进电机是一种能够将电脉冲转换成机械旋转的电动机。
它的核心是转子和定子之间的电磁相互作用，通过不同的脉冲信号控制电机的转动速度和方向。
步进电机的特点主要有以下几个方面：1. 精度高：步进电机的步进角度可以达到很小，因此可以实现精细的运动控制。
2. 摩擦小：步进电机与传统的直流电机相比，其内部的摩擦力要小很多，因此可以实现更加平稳的运动。
3. 噪音小：步进电机的电机转子比较轻，摩擦力较小，因此转动时噪音较小。
二、步进电机的速度控制步进电机的速度控制是一种基于脉冲信号的控制方式，根据输入的脉冲信号来控制电机的转动速度。
这种控制方式可以实现精确的速度控制，并且可以改变电机的运动方向。
步进电机的速度控制可以分为定速控制和变速控制。
定速控制是通过固定的脉冲频率来控制电机的速度，而变速控制则是通过改变脉冲频率来实现速度的变化。
三、基于单片机的步进电机速度控制基于单片机的步进电机速度控制是一种常见的控制方式。
它通过单片机的计算和控制来实现对电机的脉冲信号控制，可以更加灵活地实现对电机的控制。
常见的单片机包括STC89C52、STM32F103等。
步进电机的速度控制是通过控制脉冲信号的频率来实现的。
因此，为了实现步进电机的速度控制，需要设置一个计时器来定时产生脉冲信号。
计时器可以通过单片机内部的外设或者扩展外部芯片来实现，常用的计时器包括定时器0、定时器1等。
单片机的速度控制还可以实现反馈控制，常见的反馈控制方式包括编码器反馈和霍尔传感器反馈。
通过反馈控制，可以实现对电机速度的更加精准的控制，并且可以消除误差。
基于单片机的步进电机速度测量系统设计课程设计论文
基于单片机的步进电机速度测量系统设计电气工程与自动化［摘要］本文重点介绍了用霍尔开关传感器作为测量元件。
霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。
取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。
而它的输出为脉冲信号，可以利用单片机的定时/计数功能进而测得步进电机的转速。
此测速系统具有优异的性能价格比、体积小、可靠性高，由单片机直接接收由霍尔开关传感器送来的脉冲信号，经过运算，得出实际转速，然后利用数码管把实际速度显示出来，并利用发光二极管实现超速或低速报警。
经过实物论证，此设计方案满足课题要求。
[关键字]霍尔传感器；单片机；数码管；光报警目录1序言 (1)1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2 国内外的研究现状综述 (1)2 速度测量方案论证 (2)2.1 方案一 (2)2.2方案二 (3)2.3速度测量方案的确定 (3)3 开关型霍尔传感器介绍 (4)3.1开关型霍尔传感器工作原理 (4)3.2开关型霍尔传感器的应用 (4)4 单元模块电路方案设计 (5)4.1系统硬件电路总体设计 (5)4.2速度检测部分 (5)4.3单片机最小系统 (6)4.3.1 主控器STC89C52 (7)4.3.2 时钟电路 (9)4.3.3 复位电路 (10)4.4数码显示部分 (10)4.4.1 LED结构与原理 (11)4.4.2 LED显示器显示方式 (12)4.5光报警装置 (13)4.6下载部分 (14)4.6.1 RS-232接口与单片机串行通信基本原理 (14)4.6.2 RS-232串行通信接口电路 (14)5 软件设计 (15)5.1 单片机程序设计的特点 (15)5.2 程序总体设计流程图 (16)6. 速度测量软、硬件调试 (18)6.1调试中出现的问题及解决方案 (19)结束语 (20)参考文献 (21)附录一：系统电路原理 (22)附录二：系统仿真图 (23)附录三：源程序 (23)致谢 (31)1 序言1.1 课题研究的背景及意义在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量、显示其转速及瞬时速度。
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测控系统综合设计课程设计题目基于单片机的步进电机调速系统学院机械工程学院专业测控技术与仪器学生小龙学号年级2012级指导教师2016年 1月 9日基于AT89C51单片机的步进电机控制系统摘要步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。
具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。
本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机能根据设定的参数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启动和停止。
硬件是以AT89C51单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。
软件部分采用C语言编程，主要包括键盘显示程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。
关键词：步进电机控制系统；调速；单片机目录摘要 (I)第一章引言 (1)1.1 课题提出的背景和研究意义 (1)1.2 课题的主要研究容 (2)1.3 本章小结 (2)第二章步进电机控制系统设计 (3)2.1 步进电机的原理 (3)2.1.1 三相单三拍通电方式 (3)2.1.2 三相双三拍通电方式 (5)2.1.3 三相六拍通电方式 (6)2.2 脉冲分配器 (8)2.3步进电机驱动电路 (8)2.4 步进电机的变速控制 (11)2.4.1 变速控制的方法 (13)2.5 本章小结 (14)第三章控制系统硬件设计 (15)3.1 硬件系统设计原则 (15)3.2 控制系统组成 (15)3.3 主要元件的选择 (16)3.3.1 单片机的选择 (16)3.3.2 可逆计数器的选择 (17)3.4 控制系统接口电路的设计 (18)3.4.1脉冲分配器设计 (18)3.4.2 显示电路设计 (19)3.4.3 外部晶振和复位电路设计 (20)3.5 控制系统整体电路设计 (21)3.6 本章小结 (22)第四章控制系统软件设计 (23)4.1 软件系统设计原则 (23)4.2 步进电机控制系统功能设计 (23)4.3 主程序设计 (24)4.3.1 主程序工作过程 (24)4.3.2 主程序工作流程图 (25)4.3.3 定时器T0中断程序流程图 (25)4.4 Proteus仿真 (28)4.5 显示程序设计 (28)4.6 键盘程序设计 (29)4.7 调速程序设计 (30)4.7.1 20BY步进电机参数 (30)4.7.2 步进电机转速与频率的关系 (30)4.8 本章小结 (31)第五章结束语 (31)参考文献 (33)附录 (35)附录A 系统程序（C） (35)附录B 控制系统电路图 (41)第一章引言1.1 课题提出的背景和研究意义由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中都得到了广泛的应用。
对于一个步进电机控制系统而言，总希望它能以最短的时间到达控制终点。
因此要求步进电机的速度尽可能地快，但如果速度太快，则可能发生失步。
此外，一般步进电机对空载最高启动频率都是有所限制的。
当步进电机带负载时，它的启动频率要低于最高空载启动频率。
根据步进电机的矩频特性可知，启动频率越高，启动转矩越小，带负载的能力越差。
当步进电机启动后，进入稳态时的工作频率又远大于启动频率。
由此可见，一个静止的步进电机不可能一下子稳定到较高的工作频率，必须在启动时有一个加速的过程。
从高速运行到停止也应该有一个减速的过程，防止步进电机因为系统惯性的原因，而发生冲过终点的现象。
为此本文以单片机作为控制核心，实现步进电机的自动加减速控制，使系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象。
因为步进电机的转速正比于控制脉冲的频率，所以调节步进电机的转速，实质上是调节单片机输出的脉冲频率【1】。
由于步进电机的运动特性受电压波动和负载变化的影响小，方向和转角控制简单，并且步进电机能直接接收数字量的控制，非常适合采用微机进行控制。
步进电机工作时，失步或者过冲都会直接影响其控制精度。
研究步进电机的加减速控制，可以提高步进电机的响应速度、平稳性和定位精度等性能，从而决定了步进电机控制系统的综合性能。
1.2 课题的主要研究容1、步进电机的工作原理通过查阅文献对步进电机的单拍运行、双拍运行、单双拍运行等各种运行方式进行研究，深入了解各种运行方式的特点和对步进电机控制性能的影响。
2、脉冲分配器的选择研究脉冲分配器的作用和构成，并选择出可靠、灵活的脉冲分配器电路。
3、步进电机控制系统的软硬件设计根据步进电机的原理和控制特点，对步进电机控制系统的软硬件进行分析和设计。
4、程序的调试及修改用Keil软件进行编程和调试，并且在Proteus环境下进行系统仿真。
1.3 本章小结本章首先介绍了课题研究的背景，提出设计的思路。
其次介绍了课题研究的目的和意义，最后介绍了课题的主要研究容。
第二章步进电机控制系统设计2.1 步进电机的原理反应式步进电机的工作原理是与反应式同步电机一样，也是利用转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应转矩而转动，如图2.1 所示是一台反应式步进电机的工作原理，定子铁心为凸极式，共有三相，六个磁极，不带小齿，磁极上装有控制绕组，相对的两个磁极串联连接，组成一相控制绕组。
转子用软磁材料制成，也是凸极结构，只有两个齿，齿宽等于定子的极靴宽【2】。
2.1.1 三相单三拍通电方式这是步进电机的一种最简单的工作方式，所谓“三相”，即三相步进电机，具有三相定子绕组；“单”指每次只有一相绕组通电；“三拍”指三次换接为一个循环，第四次换接重复第一次情况。
当A相绕组通电如图2.1 (a) 所示，而B相和C相不通电时，A相的两个磁极被励磁，一个呈N极另一个呈S极，由于磁场对转子铁心的电磁吸力，使转子轴线对准A相磁极的轴线。
这种现象也可以这样来理解，A相通电时，转子对定子的相对位置不同，则磁路的磁阻也不同，使A相磁路的磁阻为最少的转子位置，就是该时的稳定平衡位置，即转子稳定在转子轴线和A相磁极轴线相重合的位置。
同样道理，当A相断开，接通B相时，如图2.1 (b) 所示，B 相磁极对转子的电磁力将使转子顺时针转过60°，达到转子轴线和B相磁极轴线相重合的位置，即转子走过一步，然后B相电源断开，同时接通C相如图2.1 (c) 所示，同理将使转子按顺时针方向再走一步。
如此按A-B-C-A的顺序使三相绕组轮流通电，则转子依顺时针方向一步一步地转动。
如果改变三相绕组的通电顺序为A-C-B-A显然步进电机将按逆时针方向转动。
上述三相三拍运行，表示三种通电状态为一个循环，即三次通电状态改变后，又恢复到起始状态，一拍对应转子转过的角度称为步距角，通常用θs表示，图2.1中转子每步转过的步距角为60°。
（a）A相通电（b）B相通电（c）C相通电图2.1 三相反应式步进电机原理如果将上图的反应式步进电机的转子制成四极（或称为四个齿）结构，如图2.2所示，则按三相单三拍运行时，转子的步距角也将发生变化。
当A相通电时如图2.2 (a)所示，转子齿1、3对准A相磁极轴线重合，当B相通电时如图2.2 (b)所示，转子将逆时针转过30°，稳定在转子齿2、4对准B相磁极轴线的位置，当C相通电时如图2.2 (c)所示，转子又将逆时针方向转动30°，转子齿1、3对准C相磁极轴线的位置，由此可见，每通电一次转子转过的角度为30°即每步转过的步距角为30°。
(a) A相通电 (b) B相通电 (c) C相通电图2.2 转子为四极的三相步进电机2.1.2 三相双三拍通电方式如果将步进电机的控制绕组的通电方式改为：AB-BC-CA-AB或AC-CB-BC-CA。
这种通电方式每拍同时有两相绕组通电，三拍为一循环，如图2.3所示，转子为四极的反应式步进电机。
图2.3 (a) 为AB相同时通电的情况，图2.3 (b) 为BC相通电的情况，可见转子每步转过的角度为30°与单三拍运行方式相同，但其中有一点不同，即在双三拍运行时，每拍使步进电机从一个状态转变为另一个状态时，总有一相绕组保持通电。
例如由AB相通电变为BC相通电时，B相保持继续通电状态，C相磁极力图使转子逆时针转动，而B相磁极却起阻止转子继续向前转动的作用，即起到一定的电磁阻尼作用，所以步进电机工作比较平稳，三相单三拍运行时，由于没有这种阻尼用，所以转子到达新的平衡位置后会产生振荡，稳定性能远不如双三拍运行方式。
(a) AB相通电 (b) BC相通电图2.3 三相双三拍运行方式2.1.3 三相六拍通电方式这是一种将一相通电和两相通电结合起来的运行方式，其具体通电方式为：A-AB-B-BC-C-CA-A 或A–AC-CB-B-BA-A，即一相通电和两相通电间隔轮流进行，六种不同的通电状态组成一个循环，这时步进电机的工作情况如图2.4 所示，图2.4(a)为A相通电时的情况，转子齿1、3磁轴与A相磁极轴线重合，当通电状态由A转为AB时，步进电机的状态如图2.4(b) 所示，转子齿1、3磁极离开A相磁极轴线，即转子逆时针转过15°。
通电方式由AB转为B时，步进电机的状态如图2.4(c) 所示，转子齿2、4磁极轴线和B相磁极轴线相重合，或转子齿1、3磁极轴线离开A相磁极轴线30°角，即转子又逆时针方向运行了一步，相应的角度为15°如此类推，可见步进电机每走一步，将转过15°，恰好为三相单拍或双三拍通电方式的一半。
六拍运行方式与双三拍相同，由一个通电状态转变为另一通电状态时，也总有一相继续保持通电，同样具有电磁阻尼作用，工作也比较平稳。
(a) A相通电 (b) AB相通电(c) B相通电 (d) BC相通电图2.4 三相六拍通电方式通过分析可知一台步进电机可以有不同的通电方式，即可以有不同的拍数。
拍数不同时，其对应的步距角大小也不同，拍数多则步距角小。
通电相数不同也会带来不同的工作性能。
此外，也可以看到同一种通电方式，对于转子磁极数不同的步进电机，也会有不同的步距角。
步距角θs可由式(1-1)求得【3】(1-1)θs=360°/mKZR式中 m —控制绕组相数；Z—转子齿数；RK —与通电方式有关的状态系数，当通电方式为单拍，即拍数与相数相同，K=1；为双拍时，即拍数为相数的两倍时，K=2。
2.2 脉冲分配器要使步进电机正常工作，必须按照该种步进电机的励磁状态转换表所规定的状态和次序依次对各相绕组进行通电和断电控制。