单片机基于80C51单片机的步进电机控制系统

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单片机伺服电机的控制系统设计要点

当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着非常重要的作用。其中，步进电机是最常见的一种掌握电机，在各领域中：如加工中心，打印机、自动化生产线等等场合都可以得到应用。讨论伺服电机的掌握系统，对提高掌握精度和响应速度、节省能源等都具有重要意义。本系统是基于80C51的伺服电机掌握系统，在脉冲掌握掌握作用下掌握电机运行于0-3000转/分钟，并实现正转与反转。

1引言

在自动掌握系统中，伺服电动机作为执行元件，作用是把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。它有直流电机和沟通电机之分。其中沟通伺服有更广的适用性。沟通伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要进展方向。本文介绍如何使用C8051F060来掌握沟通伺服电机，使电机运行于0-3000转/分钟的任意转速。

2系统设计

图1所示是伺服电机掌握系统，它以C8051F060为核心，同时还有显示电路、编码器、编码器处理电路、RS485通信电路、伺服电机驱动电路、伺服电机。

3电路及原理

3.1主芯片介绍C8051F060是SiliconLab公司出品的完全集成的混合信号片上系统型MCU。它使用了Cygnal专利的高速、流水线构造以及与MCS-51指令集完全兼容的CIP251微处理器内核。C8051F060具有P0-P7，共计8个端口，64个可以实际使用的IO。

3.2LED电路如图2所示，系统使用6个LED数码管显示伺服电机的转速，LED数码管采纳MC14489芯片进展驱动，MC14489采纳SPI通信方式和CPU进展通信，可以节约IO口的使用。

步进电机毕业设计论文

引言

步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行元件，由于步进电机具有控制方便、体积小等特点，所以在数控系统、自动生产线、自动化仪表、绘图机和计算机外围设备中得到广泛应用。微电子学的迅速发展和微型计算机的普及与应用，为步进电动机的应用开辟了广阔前景，使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现，既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性，可靠性及多功能性。在当今社会的各个领域步进电机无处不在，应用领域涉及机器人、工业电子自动化设备、医疗器件、广告器材、舞台灯光设备、印刷设备、计算机外部应用设备等等。因此，设计出高精确度、实时监控、语音提示的步进电机具有重要的现实意义和实用价值。基于单片机的步进电机控制系统，能够有效地对步进电机转速、方向等进行控制。

本设计采用16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，

1 课题背景

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练越大。

随着工业技术的不断发展，以及同类产品的不断出现，步进电机面临着前所未有的挑战。但近30年来，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展，推动步进电机的发展，为步进电机的应用开辟了广阔的前景，近几年来，步进电机需求量一直呈现出较快的增长速度，其中扫描仪、打印机、传真、DVD-ROM/CD-ROM驱动器、空调及多功能自动化办公设备等应用对步进电机的需求增长最强。此外由于USB2.0的日益流行促进了高分辨率扫描仪的销售，步进电机向着小型、薄型和更小的步进角度发展。

步进电动机的正反转控制电路设计

新疆农业大学机械交通学院

《单片机技术与应用》

课程设计说明书

题目：步进电动机的正反转控制电路设计专业班级：电气工程及其自动化104班学号：

学生姓名：

指导教师：

时间：2013年6月

一、设计目的 (1)

二、设计内容 (1)

三、设计步骤 (1)

1．硬件电路设计 (1)

1.1．硬件电路组成框图 (1)

1.2．各单元电路及工作原理 (2)

1.3.绘制原理图 (5)

1.4.元件计算 (5)

1.5.元件清单列表 (6)

2.程序设计 (6)

2.1绘制程序流程图 (6)

2.2汇编程序 (8)

四、调试与仿真 (9)

五、硬件调试结果 (11)

六、心得体会 (13)

谢辞.............................................. 错误!未定义书签。参考文献： (14)

步进电动机的正反转控制电路设计

一、设计目的

通过课程设计，培养学生运用已学知识解决实际问题的能力、查阅资料的能力、自学能力和独立分析问题、解决问题的能力和能通过独立思考。

二、设计内容

采用80C51单片机对步进电机进行控制，通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，控制步进电机实现正转，反转。用按钮开关控制步进电机的转向，设两个开关其中一个按钮被按下时步进电机正转另一个按钮被按下时，则步进电机反转。用数码管显示步进电机的转动方向，当电机正转时数码管显示CC，反转时显示AA。

三、设计步骤

1．硬件电路设计

1.1．硬件电路组成框图

因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号

作业样板

一、课程设计目的

1、了解DC步进电机电机的内部结构和基本运行原理。

2、学会运用TINA仿真软件对设计进行模型仿真。

3、学会基于AT80C51RA2单片机平台进行程序开发，实现DC步进电机的调速控制。

4、巩固课本知识，提高动手能力。

二、设计原理方法

1、步进电机的工作原理

步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。

步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。

1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到20世纪60年代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生。步进电机往后经过不断改良，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，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行机构。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。

爬行机器人步进行走系统硬件基础开发

摘要:研究机器人体系结构的目的是简化机器人系统的设计和开发。随着机器人控制和功能的日益复杂化,机器人体系已硬件结构的设计越来越受到重视,其中通过步进电机驱动器来控制系统行走机构是重点。所以研究步进电机的控制系统,对提高机器人控制精度和响应速度具有重要意义。

关键词:STC89C52 步进电机ULN2003驱动

1 设计方案

本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用STC89C52作为控制单元,通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制,并且将步进电机的转动用四个LED灯指示。

2 硬件选择

目前常用的步进电机有三类如表1所示。

通常电机的转子为永磁体,当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度,使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲,电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成

正比。改变绕组通电的顺序,电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。在本设计中采用常用的永磁式步进电机。

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能:8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,2个数据指针,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。在本设计采用STC89C52单片机。

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；Proteus

Design and Simulation of Positive and Negative Rotation of

Stepping Motor Based on51Single Chip Microcomputer

Li 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.

单片机步进电动机控制系统设计

前言

单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。从此，计算机技术在两个重要领域-—通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展，并正在深深地改变着我们的社会。

采用8031单片机控制步进电机，可实现步进电动机正反转控制和步进电动机的无级调速。分析了步进电机的工作原理,讨论了系统硬件和软件的设计方法,并给出了步进电机的四相八拍单片机控制的具体实现方法。该系统操作简单，降低了成本，提高了系统的可靠性。步进电机具有控制方便和体积小等特点,因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用。近年来大规模集成电路的发展以及各种单片机的迅速发展和普及,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.步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，它的运行需要专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号控制。每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度,这个角度称为步距角。脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电动机旋转的速度，改变绕组的通电顺序可以改变电机旋转的方向。在数字控制系统中，它既可以用作驱动电动机，也可以用作伺服电动机.它在工业过程控制中得到广泛的应用，尤其在智能仪表和需要精确定位的场合应用更为广泛。

1 单片机的基本知识

1。1 概述

单片微型计算机简称单片机，由于它的结构及功能均是按工业控制要求设计的,所以其确切的名称应是单片微控制器（Single Chip Microcontroller）.它是把微型机算计的各个功能部件：中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、并行I/O接口、定时器/计数器及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机系统,故又把它称为单片微型计算机系统（Single Chip Microcomputer）.由于单片机面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是应控制领域应用的要求而诞生的.随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O

单片机第2章80C51的结构和原理-thh

80c51单片机具有多个并行输入/输出端口，可以同时处理多个外部设备的输入和输出信号。
02
80c51单片机的指令系统
指令格式
1 3
指令长度
80c51单片机的指令长度为16位，即两个字节。
操作码
2
操作码是用来识别指令功能的部分，它指明了指令应执行的
操作类型。
操作数
操作数是执行指令所需的附加信息，可以是寄存器、内存地址或立即数。
控制寄存器
用于暂存发送和接收的数据，实现数据的缓冲和转发。
串行通信的应用
远程数据传输
通过串行通信，单片机可以实现与远程设备的数据交换，如读取传感器数据、控制远程设备等。
多机通信
多个单片机之间可以通过串行通信实现信息的交换和协同工作，如分布式控制系统、多机控制系统等。
调试与测试
在单片机开发过程中，通过串行通信可以将调试信息发送到计算机上，方便开发者进行调试和测试。
中断响应
02
CPU收到中断请求后，会暂时停止当前的工作，将断点地址压入堆栈，跳转到相应的中断向量，
开始执行中断处理程序。
中断返回
04
处理完成后，CPU会返回到断点地址，继续执行原来的程序。
中断系统的应用
实时控制
利用中断系统可以实时地处理各种输入信号，如按键、传感器等。
数据传输

三相六拍步进电机控制系统设计

1 引言

1.1课程设计任务和要求

课程设计任务:

设计一个三相步进电机控制系统，设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。

要求完成的主要任务:

（1）设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。

（2）选择控制算法，编写控制程序，实现三相步进电机在六拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。

（3）写出设计说明书。

课程任务要求:

（1）查阅资料，确定设计方案

（2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图

（3）画出流程图，编写控制程序

（4）撰写课程设计说明书

2 步进电机的概述

2.1 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。

2）步进电机外表允许的温度高。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

3）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。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步

进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。2.2 步进电机的工作原理

单片机控制步进电机的原理

单片机控制步进电机是通过对步进电机的相序进行控制，从而实现不同的转动效果。步进电机通常由定子和转子组成，定子上的绕组接通不同的电流即可实现不同的步进角度。

在单片机控制步进电机过程中，首先需要电源为步进电机提供工作电压。然后，通过单片机的输出引脚来控制步进电机驱动器的相序，驱动器根据接收到的相序信号，将不同的电流通入步进电机的不同相序绕组，从而引起转子的步进运动。

单片机通常会配置一个时序驱动器，用来产生相序信号。时序驱动器内部会保存一个相序表，包含所有可能的相序组合。单片机通过改变时序驱动器的输入信号，来改变驱动器输出的相序信号，从而实现对步进电机的控制。

在实际应用中，单片机一般使用脉冲信号来驱动步进电机。每个脉冲信号会引起步进电机转动一个固定的角度，这个角度取决于步进电机的结构特性，如步距角等。

通过改变脉冲信号的频率和相序，可以控制步进电机的转速和转向。例如，正转时，依次给出相序A、B、C、D；反转时，依次给出相序D、C、B、A。这样，单片机通过控制相序信

号的变化，就能控制步进电机的运动模式。

除此之外，单片机还可以结合其他传感器信息来实现更复杂的步进电机控制。例如，通过接收光电传感器的信号，可以实现步进电机在指定位置停止；通过接收陀螺仪的信号，可以实现

步进电机的姿态控制等。

总之，单片机控制步进电机的原理是通过改变步进电机的相序，从而控制步进电机的转动效果。这样的控制方式简单可靠，广泛应用于各种工业自动化和机器人控制领域。

毕业设计(论文)-智能型浴室混水阀控制器的设计[管理资料]

学校代码： 11059

学号：0410203049

本科毕业论文BACHE LOR DISSERTATION

论文题目：智能型浴室混水阀控制器的设计

学位类别：工学学士

学科专业：自动化

作者姓名：

导师姓名：

完成时间：2008年6月

智能型浴室混水阀控制器的设计

中文摘要

随着科技的发展和社会的进步，高新技术正在逐渐改变着人们的生活习惯，其中重要的一个方面就是，使家居呈现智能化。目前的家居生活中，大部分人仍使用着传统的机械式淋浴系统，这种系统不仅易于损坏，而且由于手动调温的不准确性，还易使皮肤烫伤。因此设计出能够自动调节水温的家居用品来满足人们的需求、推进人们的健康生活以实现家居智能化具有重要意义，基于此点，课题设计了智能型浴室混水阀控制器来满足这一要求。

在此次设计中，系统以80C51单片机为核心控制器件，由温度采集模块、键盘模块、数码显示模块、步进电机模块和主控制芯片5个部分组成。使用C语言进行程序的编写，通过使用Proteus进行仿真,经过多次的实验达到了毕业设计的基本要求。

当系统运行时，由单片机对温度采集模块的输出量进行收集，按下启动键，单片机通过读取变量和设定量进行比较，然后把输出量转换成控制信号，控制步进电机并通过数码管显示设定水温和出口水温。

关键字：DS18B20；矩阵键盘；80C51；步进电机；Proteus；C语言

The Design of Intelligent Bathroom Mixing Water Valve Controller

ABSTRACT

New technology has entered the house gradually and make household intelligent in new era. In people's home life, most people still use traditional mechanical shower systems that easily be damaged and temperature can not be regulated accurately and also easily burn the user’s skin. In a bid to enable the bathroom intelligent, we design the intelligent bathroom mixing water valve to meet people’s need. This design has much practical significance in pushing forward people’s healthy life and household intelligence.

自动均质机控制系统(DOC)

摘要

当今世界电子技术迅速发展，微处理器、微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域技术的发展起到了极大的推动作用。一个较完善的机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、控制及信息处理部分。步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统中。而且随着单片机技术的不断发展以及单片机在日用电子产品中的广泛使用，步进电机的应用也得到了很大的提高。

本次自动均质机的设计的主要原理是应用51单片机控制两个步进电机的系统设计。通过AT89C52单片机,驱动两个步进电机的转动。

关键词：自动均质机、单片机、步进电机、AT89S52

Abstract:

The rapid development in today's world of electronic technology, microprocessor, computer has been widely used in various technical fields, to the great role in promoting the development of the field of technology. A perfect integration of machinery system, should include the following basic elements: mechanical body, motivation and drive, actuator, control and information processing. Stepper motor is a precision electromechanical stepper movement of the actuator, it is one of the key mechanical and electrical integration products, widely used in all kinds of automation control system. But, with the development of computer technology and machine widely used in household electronic products, application of stepping motor has been greatly improved.

步进电机的运动控制

单片机
接口
接口
功率驱动器
步进电机
光电脉冲编码器
4.系统构成

控制部分：单片机
之前的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路或者集成电路，它不仅增加了安装调试的复杂度，还会消耗大量的组件，而且一旦改变了控制方案，就必须重新去设计系统，包括电路的设计与测试、元器件的更换与调试，从而不利于系统的升级。基于单片机的控制系统，通过软件对步进电机进行控制，可以更好的发挥步进电机的潜力，能够用最低成本去优化系统，大大节约了系统升级的难度与成本。

三相双三拍步进电机控制流程图

（5）步进电机位移定位控制
步进电动机的位移定位控制，是指通过实时控制步进电机，使其带动的执行机构从一个位置准确位移到另一个位置。

这里的系统设计是建立在一个极坐标的平面参考系上，即在一定范围内，任何一点都可以用极坐标来表示。通过相应的三角函数定理计算出点与点之间的角度与距离，步进电机每移动一步，步数就会减1，假设目前没有失步，当执行元件到达相应的位置时，此时步进电机的步数正好变成0。因此，用步进电机是否等于0 来判断是否移动到目标位，从而作为电机停止运行的信号。

（1）设置输出接口
以单片机80C51和P1口配置为例。脉冲经80C51的并行I/O接口P1输出至步进电动机各相，如图所示。

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。