四相单四拍步进电机控制系统设计
大学毕业设计 C51程序控制步进电机
题目：简易步进电机控制步进电机控制摘要：本设计采用ATMEL公司DIP-40封装的AT89S52单片机实现对四相步进电机的手动和按键控制。
由单片机产生的脉冲信号经过分配后分解出对应的四相脉冲，分解出的四相脉冲经驱动电路功率放大后驱动步进电机的转动。
转速的调节和状态的改变由按键进行选择，此过程由程序直接进行控制。
通过键盘扫描把选择的信息反馈给单片机，单片机根据反馈信息做出相应的判断并改变输出脉冲的频率或转动状态信号。
电机转动的不同状态由液晶LCD1602显示出来。
而设计的扩展部分可以通过红外信号的发射由另一块单片机和红外线LED完成，用红外万能接收头接收红外信号，可以实现对电机的控制进行红外遥控。
关键字：四相步进电机单片机功率放大 LCD1602步进电机控制 (1)摘要 (1)关键字 (1)前言 (3)1系统总体方案设计及硬件设计 (4)1.1步进电机 (4)1.1.1 步进电机的种类 (4)1.1.2 步进电机的特点 (4)1.1.3 步进电机的原理 (5)1.2 控制系统电路设计 (7)1.3 液晶显示LCD1602 (7)1.4 AT89S52核心部件及系统SCH原理图 (9)1.5 LN2003A驱动 (10)2软件设计及调试 (13)2.1程序流程 (13)2.2软件设计及调试 (14)3 扩展功能说明 (15)4设计总结 (16)5 设计源程序 (16)6 附录 (21)参考文献 (22)附2：系统原理图及实物图 (23)步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。
目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。
分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大，同时由于分散器件的延时，其可靠性大大降低;软件环形分配器要占用主机的运行时间，降低了速度;专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好，但其适应性受到限制，同时开发周期长、需求费用较高。
四相步进电机工作原理
四相步进电机工作原理四相步进电机是一种常见的电机类型，它通过控制电流的方向和大小来实现精确的步进运动。
在本文中，我们将深入探讨四相步进电机的工作原理，以及它是如何实现精确的步进运动的。
1. 基本原理。
四相步进电机由四个电磁线圈组成，每个线圈都与电机的一个固定位置相对应。
通过改变这些线圈的电流方向和大小，可以控制电机的转动。
通常情况下，四相步进电机会采用双极或四极设计，这意味着每个线圈都有两个状态，通电和断电。
通过改变线圈的通断状态，可以实现电机的步进运动。
2. 步进控制。
四相步进电机的步进控制是通过改变线圈的通断状态来实现的。
通常情况下，电机会按照固定的步距进行旋转，每一步的大小由线圈的设计和控制电流的大小决定。
通过改变线圈的通断状态和电流的大小，可以实现不同步距的步进运动，从而实现精确的位置控制。
3. 驱动方式。
四相步进电机的驱动方式通常有两种，全步进和半步进。
全步进是指每次只激活一个线圈，电机按照固定的步距进行旋转。
而半步进则是在全步进的基础上，每次激活两个相邻的线圈，从而实现更精细的步进运动。
通过这两种驱动方式的组合，可以实现更加精确的位置控制。
4. 控制电路。
为了实现对四相步进电机的精确控制，通常需要使用特定的控制电路。
这些控制电路可以根据输入的控制信号来改变线圈的通断状态和电流大小，从而实现精确的步进运动。
常见的控制电路包括脉冲控制器和驱动器，它们可以根据输入的脉冲信号来控制电机的旋转方向和步距。
5. 应用领域。
四相步进电机由于其精确的位置控制和简单的结构，被广泛应用于各种领域。
例如，它常用于打印机、数控机床、3D打印机和机器人等设备中，用于实现精确的位置控制和运动控制。
此外，四相步进电机还常用于需要精确控制的仪器和设备中，如医疗设备和实验仪器等。
总结。
四相步进电机是一种常见的电机类型，它通过改变线圈的通断状态和电流大小来实现精确的步进运动。
通过控制电机的驱动方式和控制电路，可以实现更加精确的位置控制和运动控制。
(整理)四相步进电机原理图.
四相步进电机原理图本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。
1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、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D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD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，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相绕组产生错齿，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。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c 所示：a. 单四拍b. 双四 c八拍图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理步进电机驱动器系统电路原理如图3：图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。
使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。
图中L1为步进电机的一相绕组。
AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。
步进电机控制及驱动电路的方案设计书
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目: 步进电机的控制及驱动电路设计初始条件：本设计既可以使用集成移位寄存器、驱动器、555定时器和必要的门电路，以及所需电阻、电容、二极管、三极管、开关等元件。
本设计也可以使用单片机系统构建步进电机的控制及驱动电路。
自行设计所需电源。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。
2、技术要求：①设计一个方波发生器提供系统时钟；②设计一个步进电机的驱动信号发生器，可以实现电机正转/反转控制和转速控制；③要求驱动器有足够的输出电流以驱动小功率4相步进电机；④要求可以实现步进电机的单相或双相激励；⑤确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，阐述基本原理。
⑥绘制总体电路原理图。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：1、2008 年 7 月 5 日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2008 年 7 月 5 日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。
2、2008 年 7 月 6 日至 2007 年 7月 7 日，方案选择和电路设计。
2、2008 年 7 月 8 日至 2007 年 7 月 10 日，电路调试和设计说明书撰写。
3、2008 年 7 月 11 日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
课设答疑地点：鉴主14楼电子科学与技术实验室。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录1.步进电机原理 (2)1.1步进电机简介 (2)1.2步进电机原理及控制技术 (2)1.3 步进电机驱动方法 (2)1.4总体设计方框图 (3)1.5设计原理分析 (3)1.5.1元器件介绍 (3)1.5.2方案论证 (5)2硬件设计 (6)2.1控制电路 (6)2.2最小系统 (6)2.3驱动电路 (7)2.4显示电路 (7)2.5总体电路图 (8)3软件设计 (9)4程序编写 (9)5实验心得及体会 (17)参考文献 (17)1.步进电机原理及硬件和软件设计1.1步进电机简介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步进电机件。
基于89C51的步进电机设计
基于89C51的步进电机设计一、设计背景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。
二、设计方案设计一个51单片机四相步进电机控制系统要求系统具有如下功能：（1）由I/O口产生的时序方波作为电机控制信号；（2）信号经过驱动芯片驱动电机的运转；（3）电机的状态通过键盘控制，包括正转，反转，加速，减速，停止和单步运行。
三、设计原理步进电机实际上是一个数字\角度转换器，也是一个串行的数\模转换器。
步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4个方面。
从结构上看,步进电机分为双相、三相、四相、五相等类型,本次设计的是四相电机。
四相步进电机的工作方式有单四拍、双四拍和单双八拍三种。
在本次设计中，我们使用的是双相四拍的工作方式。
通过P1口给A,B,C,D四相依次输出高电平即可实现步进电机的旋转，通过控制两次输出的间隔，即可实现对步进电机的速度控制。
PLC控制步进电机的系统设计(毕业设计)
摘要本文主要阐述了三相三拍步进电动机结构和步进电机原理，以及对步进电机的调速和正反转的研究。
采用PLC基本逻辑指令和常用指令的方法对步进电机调速很正反转控制。
步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。
步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其速度与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。
所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。
步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。
SummaryThis paper describes the structure of three-phase three-beat stepper motors and stepper motor principle,and the stepper motor speed control and reversing research. Using PLC basic logic instructions and common method of instruction is reversing the stepper motor speed control.Stepper motor is a pulse signal into a linear displacement or angular displacement of the actuator.The output of the stepper motor displacement is proportional to the number of input pulses,the speed and unit time input pulses (ie pulse frequency)is proportional to its steering and pulse distribution phase stepper motor winding phase sequence of the.So long as the control command pulse number, frequency and phase sequence of the motor windings are energized,the output can be controlled stepper motor displacement, velocity and direction.Stepper motor has good control performance, and its start,stop,reverse and other changes in the way of any operation can be completed within a few pulses, and the availability of high control accuracy,and have been widely used。
AT89C51单片机控制步进电机
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。
关键词：步进电机;单片机;精度高;体积小;控制方便。
目录设计要求 (2)1.1设计要求 (2)1.2验收标准 (2)步进电机原理及硬件和软件设计 (2)2.1步进电机工作方式 (2)2.2 总体设计方框图 (5)2.3 设计原理分析 (6)2.3.1元器件介绍:步进电机 (6)2.3.2方案论证 (7)2.3.3硬件设计 (8)2.3.4元件清单 (12)2.3.5 软件设计 (13)总结 (19)致谢 (19)参考文献 (20)附录 (21)设计要求1.1设计要求（1）最小系统：选择AT89C51单片机为核心元件构成系统。
05年电子设计大赛题论文——悬挂控制系统
作者：缑文博丁杰白博赛前辅导老师：刘远聪兰建平胡亚琦摘要本悬挂系统是以两个AT89C52为核心，用专用步进电机的驱动SJ-220驱动步进电机控制坐标图上的笔的位置，通过两个定滑轮配合步进电机，利用控制电机的转速的变化绘制出所需的图形。
利用LCD作为整个过程的显示部分，结合4×4的键盘输入，控制画图过程的输入。
一、设计方案和论证按照题意，控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；控制物体在80cm ×100cm的范围内做自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm,物体在运动时能够在板上画出运动轨迹，限300s内完成；控制物体做圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300s内完成；物体从左下角坐标原点出发，在150s内到达设定的一个坐标原点。
在此基础上，能够显示物体中画笔所在位置的坐标。
考虑到测量对象较多，如果使用一个单片机，系统资源将非常紧张，难以达到最佳的控制。
因此，采用两片单片机，合理分工，分别控制各模块的工作。
系统框图如图1所示。
对于各模块的设计，分别讨论如下。
1.电动机及其的选择（1）电动机的选择方案一：使用步进电机。
其优点在于速度易于控制，可以实现快速启停，且转动角度严格可控。
可以根据驱动脉冲电流的次数计算小车的行驶距离，省去距离测量这一环节。
步进电机的功率大，速度可调，转速稳定，可以达到精密控制。
方案二：使用直流电机，用脉冲宽度调节方法，对电机进行控制。
但此方案的缺点也很明显，直流电机动起来惯性大，转速不易控制，很难达到精确地控制，误差较大。
因此，选择方案一。
（2）电动机驱动模块所用电动机是四相电动机，需要放大4路驱动信号。
方案一：采用4路三极管放大电路驱动，该方案电路复杂，可靠性难以保证。
方案二：采用专用的步进电机驱动SJ—220, SJ-220驱动器驱动二相混合式步进电机，该驱动器采用原装进口模块，实现高频斩波，恒流驱动，具有很强的抗干扰性、高频性能好、起动频率高、控制信号与内部信号实现光电隔离、电流可选、结构简单、运行平稳、可靠性好、噪声小，带动2A以下所有的42BYG、57BYG、系列步进电机。
步进电机的控制原理是什么？如何实现步进电机的控制？
步进电机的控制原理是什么？如何实现步进电机的控制？实验原理先来看一下（硬件）原理图，可看到控制（步进电机）的管脚分别为：GPIO6[2]、GPIO6[3]、GPIO6[4]和GPIO1[15]。
使用的是一路四相五线步进（电机），使用的电机驱动（芯片）是L9110。
四相五线步进电机的控制方法有两种，四相四拍和四相八拍。
本实验中使用的是四相四拍，称为全步控制。
四相：步进电机中有四组线圈。
四拍：步进电机A，B，C，D四组线圈的通电时序，四拍的驱动正转通电顺序为A-B-C-D-A-B-C-D-……循环往复，-A-B-C-D-四拍为一个循环周期。
五线：步进电机引出的接线数量为五根。
步进电机（工作原理）步进电机是利用（电磁铁）原理，将脉冲（信号）转换成线位移或角位移的电机。
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，而不受负载信号的影响。
每给电机加一个脉冲信号，电机就转过一个步距角，带动（机械）移动一小段距离。
步进电机的速度控制：通过输入的脉冲频率快慢实现的。
当发生脉冲的频率减小时，步进电机的速度就下降；当频率增加时，速度就加快。
还可以通过频率的改变而提高步进电机的速度或位置精度。
步进电机的位置控制：靠给定的脉冲数量控制的。
给定一个脉冲，转过一个步距角，当停止的位置确定以后，也就决定了步进电机需要给定的脉冲数。
程序流程程序流程设计中首先要进行（UART）2初始化和（DSP）中断初始化，接着进行矩阵键盘初始化和外设使能配置，然后进行管脚复用配置和（定时器）初始化，接着初始化定时器中断，最后进行矩阵键盘扫描并控制步进电机的转动。
管脚复用源码管脚复用配置GPIO复用配置操作直接封装成了函数，使用时，相关函数通过“gpio.h”文件引用。
Star（te）rWare A（PI）（接口）：GPIOBank0Pin0PinMuxSetup(); 方向配置源码第一个参数时GPIO的基地址，第二个参数是GPIO的编号，第三个参数设置GPIO的方向管脚方向配置使用StarterWare 的库将GPIO 口配置为输出或输入。
步进电机控制系统设计
INC AL
JZ MAIN1
CALL XIAN
MOV AL,[DI]
OUT DX,AL
CALL DLY
INC DI
DEC BL
JNZ SHSIF2
DEC CL
JNZ SHSIF0
JMP WAIT00
MAIN11:JMP MAIN1
;四相八拍正转
SIBAZH:
MOV AL,02H
MOV DX,MY8255_C
OUT DX,AL
CALL DLY
INC DI
DEC BL
JNZ SIBAF2
SIBAF0:MOV AH,0BH
INT 21H
INC AL
JZ MAIN11
LEA BX,TABLE1
MOV AL,CL
XLAT
MOV DX,MY8255_A
OUT DX,AL
SIBAF1:
MOV BL,08H
MOV DX,MY8255_B
LEA DI,TABBF
SIBAF2:CALL XIAN
MOV AL,[DI]
OUT DX,AL
CALL DLY
INC DI
DEC BL
JNZ FANSI2
DEC CL
JNZ FANSI0
JMP WAIT00
;中间跳转
SIBA0: JMP SIBAZH
SIBA1: JMP SIBAF
MAIN1: JMP MAIN
QUIT1: JMP QUIT
;双四拍正转
SHSIZH:
MOV AL,02H
3.2流程图- 6 -
4结束语- 6 -
1
步进电动机是一种将电脉冲信号转换相应的角位移的特种电动机。是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之一。步进电动机具有快速起动能力，而且精度高，在数字控制系统中可以直接接受来自计算机的数字信号，不需要进行数/模转换，所以步进电动机在定位场合得到了广泛应用。
步进电机细分驱动控制系统设计
步进电机细分驱动控制系统设计姓名：张凯学号： 20104977指导老师：杨小平、杞宁组员：张凯 20104977 （组长）张明 20104991王涛 20104978合肥工业大学电子科学与应用物理学院电子科学与技术系概述步进电机在输入状态发生变化时会转过一定的角度，输入状态不变时不会转动，且在不细分输入情况下每次转过较大的角度，再细分情况下每次转过较小的角度。
本设计是利用 FPGA 实现四相步进电机细分驱动控制，并且系统既能实现步进电机的细分驱动又能实现不细分驱动，还能实现步进电机的正、反转控制。
设计方案与实现下图是通过Quartus Ⅱ综合产生的RTL级电路图。
整个电路共分为6大模块：32进制可加可减计数器（cnt32）、16进制（自加）计数器(cnt16)、4位输出选择器（dec2）、4个4位比较器（new_comp：moto5、moto6、moto7、moto8）、查找表（rom32）、4位输入4位输出2选1多路选择器（mux2to1）。
其中，u_d控制正反转，s选择细分和不细分，en控制停和转，y[3:0]接步进电机的4相输入，clk0和clk5为时钟，且clk5>>clk0（本课设选clk0=4Hz,clk5=32768Hz）。
设步进电机的4相输入分别为A、B、C、D。
细分： cnt32计数输出5位数据送rom32，rom32输出16位数据分别送new_comp：moto5、moto6、moto7、moto8的a[3:0]端口与cnt16计数送来的4位数据b[3:0]比较。
如果a>=b，则agb=1’b1；反之agb=1’b0。
由于clk5>>clk0,从而agb能输出一段占空比稳定的信号（只持续1个或多个clk0周期），即产生1/4、2/4、3/4信号。
再如果s为高电平，则就能实现步进电机的细分输入。
不细分：如果s为低电平，则mux2to1选通由dec2送来的非细分信号dataa[3:0]，从而实现步进电机的非细分输入。
步进电机设计规范
步进电机(MP系列永磁步进电机)设计规范（发布日期：2010-01-08）1范围本规范规定了步进电机的设计基本要求和选用原则，供设计人员在步进电机设计时参考。
2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
3术语和定义3.1借用电机能满足性能要求和结构尺寸要求的已批量使用的电机。
3.2专用电机空调新产品设计开发或改型时，有新的性能和结构尺寸上的要求，必须新开发的电机。
3.3电机的命名依据企业技术标准：《MP系列减速永磁式步进电机》的相关规定4设计要求4.1借用电机的选用原则4.1.1电压规格：DC12V。
4.1.2驱动方式：四相八拍、四相单四拍、四相双四拍，优选四相八拍。
4.1.3结构尺寸要求：安装孔、端盖外径、厚度、轴伸、引出线、连接端子满足产品设计要求。
4.1.4性能指标：步距角、牵入转矩、牵出转矩、牵入频率、牵出频率、自定位转矩、摩擦力矩、输出轴的转向要求符合空调产品要求。
4.2专用电机的设计原则4.2.1电压规格：DC12V、DC16V，常用优选DC12V。
4.2.2电机接线示意图：定子绕组有两组，每组两匝共四匝，每组中的两匝有一个公共端，这样共有五个引出端。
54321分别对应红橙黄粉蓝，其中5为12V公共端；对于双胞胎电机的P135B10F插座，1、2为红色公共端，其余按橙黄粉蓝顺次排。
4.2.3电机连接端子示意图：图24.2.4电机转向规定：新开步进电机统一设计为逆时针，有需要顺时针运转的，通过电控硬件或软件来实现。
4.2.5脉冲分配顺序：4.2.6电机的铭牌使用英文，内容规定：电机铭牌须注明电机型号、额定电压、生产厂名、生产批号；注：不同的厂家使用相同的型号MPXXXX，以厂家名称来区分，必要的情况下，直流电阻同时也须注明。
步进电机控制系统设计
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，具有快速启动能力，定位精度高，能够直接接受数字量，因此被广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、精确定位、计算机外围设备等，在现代控制领域起着非常重要的作用。
本设计运用了8086 CPU芯片以及74273芯片、8255A芯片和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。
绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。
该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行调速。
关键词：步进电机；正反转；调速控制；ULN2003A芯片；8086微机系统1、课程设计任务书1.1任务和目的 (4)1.2设计题目 (4)1.3内容和要求 (4)1.4列出使用元器件和设备清单 (4)2、绪论 (4)3、步进电机的总体方案 (6)4、步进电机的硬件设计 (7)4.1总体设计思路 (7)4.2电路原理图 (10)4.3线路连接图 (11)5、步进电机软件设计 (12)5. 1流程图 (12)5.2控制程序 (14)&调试说明 (19)6.1调试过程 (19)6.2调试缺陷 (19)7、总结收获 (19)8、参考文献 (20)附录：元器件及设计清单1. 课程设计任务书1.1任务和目的掌握微机硬件和软件综合设计的方法。
1.2设计题目步进电机控制系统设计1.3内容和要求1. 基本要求：控制步进电机转动，要求转速1步/1秒；设计实现接口驱动电路。
2. 提高要求：改善步进电机的控制性能，控制步进电机转/停；正转/反转；改变转速（至少3挡）；1.4列出使用元器件和设备清单8086cpu可编程并行接口8255指示灯键盘74LS138译码器驱动模块步进电机2. 绪论步进电机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Step motor或Steeping motor、Stepper servo Steppe,等等。
基于CPLD的步进电机控制系统设计
计数器模块仿真波形图
块和步进电机驱动 3 个模块，原理如图 7 所示。
译码器模块将计数器模块产生的 q1、q2 两个信号
通 过 译 码 输 出 为 out1、out2、out3、out4 4 个 输 出 信 号 。
并根据 q1、q2 的数据（0、1）的循环变换，out1、out2、out3、
out4 进行循环移位。四相单四拍定义为，正转输入信
上实现对步进电机的运行控制和工作模式选择。
收稿日期：2020-06-26
稿件编号：202006148
1 软件开发环境
CPLD 有 Synplify、Synopsps、Quartus II、ZLGICD、
ISD51 和 MAX+PLUSII 等软件开发环境。该设计采
用的是 Altera 公司提供的 MAX+PLUSII 开发集成环
phases single double four steps and four phases eight steps operation control and working mode selection
of stepping motor are realized by DP-MCU/Altera comprehensive simulation experiment instrument. The
图 7 四相八拍控制原理图
在半步驱动模块中，设定其正转输入信号顺序
号 以 1000→0100→0010→0001→1000 进 行 循 环 ，反
为：
1000→1100→0100→0110→0010→0011→0001→
行 循 环 。 四 相 双 四 拍 定 义 为 ，正 转 输 入 信 号 以
四相步进电机的三种控制方法
四相步进电机的三种控制方法四相步进电机是一种常用的电机，其控制方法有多种。
下面将介绍其中的三种控制方法。
1. 单板机控制单板机控制是一种非常常见的控制方法，其原理是通过使用控制芯片驱动四相步进电机，实现步进电机的精确控制。
单板机控制器通常由两部分组成：驱动电路和控制电路。
驱动电路由四个 MOSFET 组成，可分别控制四种不同的相序。
控制电路与驱动电路集成在控制芯片中。
单板机控制对于复杂步进电机的控制具有很高的可扩展性。
此外，在一些较小的应用中，这种控制方法还具有成本较低的优势。
2. PLC 控制PLC（可编程逻辑控制器）是一种通用的控制器，其功能与单板机控制类似，但具有更高的可编程性和灵活性。
通过配置软件，用户可以使用 PLC 控制器轻松实现四相步进电机的控制。
与单板机控制相比，PLC 控制的优势在于其对于复杂控制任务的处理能力更强。
此外，PLC 控制器通常支持多种不同的通信协议，使其更易于与其他设备进行集成。
3. 微控制器控制微控制器控制是一种集成度高的控制方案。
在这种方案中，微控制器被用作控制逻辑和驱动输出的单元。
与 PLC 控制器相比，微控制器控制的成本相对较低，并且通常具有更小的物理尺寸。
与单板机控制和 PLC 控制相比，微控制器控制的优势在于其高度集成的性质。
这意味着可以将其集成到其他系统中，以实现复杂的控制任务。
此外，由于其成本相对较低，因此可以大规模应用于消费类电子产品等应用中。
总体来说，三种控制方法各具特点，可以根据具体应用场景选择最适合的控制方案。
不论选择哪一种控制方法，都可以通过精确控制四相步进电机来实现高度自动化的系统。
四相双四拍步进电机控制系统设计解读
1引言本实验旨在通过控制AT89S52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。
具体功能主要是控制电机正转、反转、加速与减速。
具体工作过程是：给试验箱上电后，拨动启动开关，步进电机按照预先设置的转速和转动方式转动。
调整正反转按钮，步进电机实现正反转切换；拨动加速开关，步进电机转速加快，速度达到最大值，不再加速；拨动减速开关时，电机减速转动，速度减到最小速度，停止减速。
89C58)芯片、拨码开关单元、四项步进电机等硬件设备。
实验具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、拨码开关连接电路。
2四项步进电机2.1 步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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。
2.2 步进电机的共组原理2.2步进电机的控制1.换相顺序控制：通电换相这一过程称为脉冲分配。
例如：混合式步进电机的工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。
2.控制步进电机的转向控制：如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
3.控制步进电机的速度控制：如果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。
2.3步进电机的工作过程开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、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D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD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，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相绕组产生错齿，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。
简易步进电机驱动系统的设计与实现
简易步进电机驱动系统的设计与实现摘要:本实验设计了一个简易的步进电机驱动电路，使用了SST89E516RD单片机、ULN2803电机驱动芯片和四相八拍的步进电机。
实验的目标是通过控制电路，使步进电机按照预定的顺序旋转。
首先，我们将SST89E516RD单片机与ULN2803电机驱动芯片进行连接。
单片机的相应引脚连接到ULN2803的输入端，ULN2803的输出端通过电阻连接到步进电机的控制端。
然后，根据步进电机的类型和步进方式，我们确定了四相八拍的驱动顺序。
通过对ULN2803的输入信号进行适时改变，可以实现步进电机的转动。
关键词：步进电机驱动电路，SST89E516RD单片机，四相八拍的步进电机，ULN2803电机驱动芯片，步进电机的转动一、设计任务与要求1、基本要求(1）利用SST89E516RD单片机、ULN2803电机驱动芯片和四相八拍的步进电机，设计一个简易的步进电机驱动电路；(2）使用嘉立创EDA或者Altium Designer软件完成硬件原理图的设计，并借助SST89E516RD单片机实验箱完成硬件电路的搭建；(3）利用Keil等集成开发环境，完成汇编语言软件的编写和调试，并借助串口下载器将程序下载到实验系统上运行，本系统可以利用按键对步进电机进行加速和减速顺时针转动。
2、拓展要求（选做）设计C语言代码完成上述基本要求，并且读取按键值，使步进电机进行逆时针转动。
二、总体方案设计（一）总体方案论证1. 步进电机选型：根据实验要求和预设条件，选择具有合适参数的步进电机作为驱动电机。
需要考虑的参数包括步距角、相数、电机型号等。
选择步进电机时需要根据实际需求确定电机的转速和扭矩要求，以及所需要的精度和分辨率等。
2. 驱动电路设计：步进电机的驱动电路通常由电流控制器和功率放大器组成。
电流控制器负责产生所需的驱动信号，而功率放大器则负责将信号放大以驱动步进电机。
常见的驱动方式包括双极性驱动和四相驱动。
分析步进电动机四相单四拍运行过程
分析步进电动机四相单四拍运行过程步进电动机是一种将电脉冲信号转换为机械转动的电动机。
四相单四拍运行是其中一种常见的工作方式。
下面是对四相单四拍运行过程的简要分析：
1.步进电动机通常由两个以上的线圈组成，每个线圈连接一个相位（A、B、C、D）。
2.在四相单四拍运行中，通过依次给不同相位的线圈施加脉冲信号来实现转动。
假设初始状态下电机处于静止位置。
3.第一步骤：开始时，给A相线圈施加电脉冲信号，使得A相线圈激磁，产生磁场。
此时，电机会略微转动，使得齿轮或者转轴与其他组件对齐。
4.第二步骤：当A相线圈激磁的同时，给B相线圈施加电脉冲信号。
A相和B相线圈同时激磁，其磁场相互作用，电机继续转动一小步。
5.第三步骤：接着，给B相线圈保持激磁的同时，停止A相线圈的激磁。
这样，电机又会停下来，并使得齿轮或转轴与其他组件再次对齐。
6.第四步骤：最后，给C相线圈施加电脉冲信号，使得C相线圈激磁。
C相线圈激磁时与其他线圈不激磁，电机继续转动一小步。
7.之后，循环以上四个步骤，通过依次控制不同相位的线圈激磁和停止激磁，从而实现持续的转动。
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工作方式及正反转的选择。并通过七段数码管显示剩余工作步数。从而达到手动控制与直观显示的结合。
本系统应用芯片8255，LED显示单元，键盘模拟控制键，四相步进电动机及其驱动电路，接线较为简单。软件编程采用的是汇编语言，程序中包括主程序，显示子程序，延时子程序。
查阅资料，确定设计方案
设计硬件电路
画出流程图，编写控制程序
撰写课程设计说明书
课程设计答辩
系主任审查意见：
签字：
年月日
步进电动机是一种将电脉冲信号转换相应的角位移的特种电动机。是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之一。步进电动机具有快速起动能力，而且精度高，在数字控制系统中可以直接接受来自计算机的数字信号，不需要进行数/模转换，所以步进电动机在定位场合得到了广泛应用。
课程设计地点:
指导教师:
系主任:
下达任务书日期:2011年12月26日
课程设计任务书
1．设计目的：
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。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
（1）选择步进电机，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，实现四相步进电机在单四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。
3.设计工作任务及工作量的要求（包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等）：
（1）查阅资料，确定设计方案
系统硬件设计
1.1
1.2
（1）8255芯片：8255作为整个系统的主控单元，与系统总线连接，接受外部控制信息，并通过设定的I/O口将控制信息输出到数码管显示单元，LED显示单元及驱动电路。系统设置8255工作方式0，A、B、C口均为输出，PA0—PA7与数码管相连显示剩余工作步数，PB0—PB3连接电动机的A、B、C、D四相控制电动机的运转，PC0，PC1分别与LED0、LED1连接，PB4—PB7及PC3—PC7不用。
步序
D相
C相
B相
A相
字模
PB3
PB2
PB1
PB0
1
1
0
0
0
08H
2
0
1
0
0
04H
3
0
0
1
0
02H
4
0
0
0
1
01H
表4双四拍正转控制模型
步序
D相
C相
B相
A相
字模
PB3
PB2
PB1
PB0
1
0
0
1
1
03H
2
0
1
1
0
06H
3
1
1
0
0
0CH
4
1
0
0
1
09H
表5双四拍反转控制模型
步序
D相
C相
B相
A相
字模
PB3
PB2
（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
课程设计任务书
4．主要参考文献：
1张艳兵，王忠庆。计算机控制技术。国防工业出版社
2顾德英，张健，马淑华.计算机控制技术【M】.北京：北京邮电大学出版社，2006.
3华张家生.电机原理与拖动基础【M】.北京：北京邮电大学出版社，2006.成英，
PB1
PB0
1
1
0
0
1
09H
2
1
1
0
0
0CH
3
0
1
1
0
06H
4
0
0
1
1
03H
1.5
结束语
计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它不仅需要计算机控制理论、程序设计方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的设计等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。此次课程设计选作的是步进电机控制系统设计，设计要求1.通电方式选择键三个，分别为单四拍、双四拍和四相八拍；2.启动键和方向控制键；3.正反转指示灯；4.剩余工作步数LED显示。
此次课程设计经过前期查找资料，设计硬件电路，自编初步程序，设计期间在实验室调试程序，最终实现了以上基本功能，并且还实现了在不同工作方式之间的切换，屏幕显示剩余拍数两项功能，对步进电机的控制有了初步了解，同时也对芯片8255，数码管显示部分加强了运用。通过此次设计，将所学的专业理论知识与实际开发实际结合起来，理论联系实际，提高了专业技能。
4张家生.电机原理与拖动基础【M】.北京：北京邮电大学出版社，2006.
5.设计成果形式及要求：
课程设计说明书1份
原理图和PCB图各1份
程序清单1份
6．工作计划及进度：
起迄日期
工作内容
11年12月26日~12月27日
12月28日~12月31日
12年1月2日~1月3日
1月3日~1月4日
1月5日~1月6日
1.3
系统软件设计
1.4
单四拍正转、单四拍反转、双四拍正转、双四拍反转、四相八拍正转及四相八拍反转六种工作方式下的控制模型分别如表2、3、4、5、6、7所示。
表2单四拍正转控制数字模型
步序
D相
C相
B相
A相
字模
PB3
PB2
PB1
PB0
1
0
0
0
2H
3
0
1
0
0
04H
4
1
0
0
0
08H
表3单四拍反转控制数字模型
计算机控制综合实验课程
设计说明书
学生姓名:
学号：
学院:
信息与通信工程学院
专业:
自动化
题目:
四相单四拍步进电机控制系统设计
指导老师
职称
2011年12月26日
课程设计任务书
11/12学年第一学期
学院：
信息与通信工程学院
专业：
自动化
学生姓名：
学号：
课程设计题目：
四相单四拍步进电机控制系统设计
起迄日期:
2011年12月26日~2012年1月6日
（2）键盘模拟功能键：“0”键控制起动，“1”键控制选择单四拍正转工作方式，“2”健控制选择单四拍反转工作方式，“3”键控制选择双四拍正转工作方式，“4”键控制选择双四拍反转工作方式，“5”键控制四相八拍正转工作方式，“6”键控制选择四相八拍反转工作方式，“7”键控制选择停止退出程序。
（3）驱动电路:驱动步进电机。
I/O及功能键分配表如表1所示
表1 I/O及功能键分配表
I/O口及功能键
PA0—PA7
PB0—PB3
PC0
PC1
0键
1键
2键
分配
数码管控制接口
步进电机驱动接口
反转指示
正转指示
起动
单四拍正转
单四拍反转
I/O口及功能键
3键
4键
5键
6键
7键
--
--
分配
双四拍正转
双四拍反转
四相八拍正转
四相八拍反转
退出
--
--
在设计过程中得到了同学的帮助，老师的指导，在此一并感谢！
;源程序如下：
;***************根据CHECK配置信息修改下列符号值*******************