单片机控制步进电动机的课程设计

单片机控制步进电动机

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，数码管，发光二极管。

目录

摘要 (1)

第一章绪论 (3)

1.1概述 (3)

1.2设计目的 (3)

1.3设计任务和内容 (4)

1.3.1设计任务 (4)

1.3.2设计要求 (4)

第二章系统分析 (4)

2.1步进电动机原理及其控制 (4)

2.2步进电动机驱动 (6)

第三章核心器件简介 (9)

第四章系统流程与程序 (12)

4.1 流程图 (12)

4.2 系统程序： (14)

第五章仿真环境搭建及测试 (17)

5.1仿真环境搭建 (17)

5.2测试运行 (18)

第六章设计心得 (18)

第七章附录 (19)

参考文献 (22)

第一章绪论

1.1概述

《单片机应用基础》课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用能力及单片机应用系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，使之具有独立单片机产品和科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。

1.2设计目的

（1）加强对单片机及C语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。

（2）用单片机模拟实现具体应用，使个体设计能够真正使用。

（3）把理论知识和实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。

（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

（5）提高实践动手能力。

1.3设计任务和内容

1.3.1设计任务

利用单片机控制二相四线（5V）步进电动机，完成通过按键实现步进电动机的启停控制，并以两个按键实现步进电动机的调速控制且速度变化明显。其中，速度分为3级，0级最低，2级最高。

1.3.2设计要求

通过本系统的设计，了解步进电动机的控制原理并掌握其编程控制方法；进一步熟悉单片机系统设计方法。

第二章系统分析

2.1步进电动机原理及其控制

一、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。

二、步进电动机有三线式、五线式、六线式三种，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。若每旋转一圈以200个励磁信号来计算，则每个励磁信号前进1.8 度，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲顺序来控制。

三、步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁,其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1-2相励磁。图为步进电动机的控制等效电路，适应控制A、B、/A、/B 的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。因此，依序不断送出脉冲信号，即可步进电动机连续转动。

四、本系统选用的是二相四线步进电动机（5V ），其逻辑功能图如图2-1所示。

该电动机可工作于单拍和单双

拍两种模式下。分别给A、B、B、

A不同的控制信号，可以得到不同

的效果。以单拍模式为例，正转则

分别给A、B、A、B循环供电，反

转则分别得A、B、A、B循环供

图2-1 步进电动机逻辑功能图电。但是，一般情况下单拍模式转动时相角过度小，转动角度大，转动不连贯。为让步进电动机较连贯地转动，一般设

计成单双拍混合模式。表2-1列出了两相四线单双拍混合模式下正向转动（顺势针方向）时P2口的控制数据（P2口的高4位未参与控制该电动机，设其值为0）。

表2-1 两相四线步进电动机正转转序表

工作模式 转序

B(P2.3)

A (P2.2)

B (P2.1)

A(P2.0) P2口输出值

两相四线步进式电动机单双

拍混合模式

A 0 0 0 1 0x01 A

B 1 0 0 1 0x09 B

1 0 0 0 0x08 B

A

1 1 0 0 0x0c A 0 1 0 0 0x04 A B

0 1 1 0 0x06 B 0 0 1 0 0x02 B A

1

1

0x03

2.2步进电动机驱动

设计采用ULN2003作为步进电动机的驱动芯片。ULN2003是由7路高电流达林顿阵列共同发射极组成的驱动芯片，它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。 图