步进电机综合实验报告

控制 P1 口输出的代码字节个数即控制了步进电机的旋转角度。
四、实验器3材：
正方向：
反方向：
ABCD
ADCB
51 单片机最小系统板一个，G2010 实验仪中的 20BY-0 型 4 相步进电机一个，四位一体
共阴极数码管一个，独立按键三个。
五、实验过程：
硬件电路图：
K4
C2 30PF
C1 30PF
VCC P1.01 P1.12 P1.2 P1.3
号齿，由于 B 相磁极与 A 相磁极相差 120°，不是 9°的整数倍（120÷9=40/3），所以此时
转子齿没有与 B 相定子的齿对应，只是第 13 号小齿靠近 B 相磁极的中心线，与中心线相差
3°，如果此时突然变为 B 相通电，A、C 相不通电，则 B 相磁极迫使 13 号转子齿与之对齐，
转子就转动 3°，这样使电机转了一步。如果按照 A→B→C 的顺序轮流通电一周，则转子
电机的运转，按四相四拍方式在 P1 口输出控制代码，令其正转或反转。因此 P1 口输出代
码的变化周期 T 控制了电机的运转速度：
n=60/T.N 式中：n —— 步进电机的转速（转/分）；
N —— 步进电机旋转一周需输出的字节数；
T —— 代码字节的输出变化周期。
设 N=360°/ 18°=20，T=1.43ms,则步进电机的转速为 2100 转/分。
形成磁路，如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐，则在
磁场的作用下，转子将转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。由此可见，错齿是
促使步进电机旋转的原因。
三相步进电机结构示意图
例如在三相三拍控制方式中，若 A 相通电，B、C 相都不通电，在磁场作用下使转子齿
和 A 相的定子齿对齐，我们以此作为初始状态。设与 A 相磁极中心线对齐的转子的齿为 0
C1 22uf
R12 10K
18 19
12M
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 XTAL2 XTAL1 GND
STC89C55
VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA ALE PSEN P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0
程序清单：
/*本程序为步进电机控制程序
步进电机步距角 18°P1 口低四位输出控制
数码管共阴极 P0 为数据口 P20~P22 为
位选 个位~百位
p23 为正反转位
反转为负号
三个独立按键 P24~26 减加正反转切换键*/
#include<reg51.h>
#include <intrins.h>
#define uint unsigned int
一、 实机的步进电机控制系统的硬件设计方法，熟悉步
进电机驱动程序的设计与调试，提高单片机应用系统设计和调试水平。
二、 实验内容：
步进电机加减速及其正反转控制，转速显示。
三、工作原理
步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一，例如在机械装置中可以用丝
杠把角度变为直线位移，也可以用步进电机带螺旋电位器，调节电压或电流，从而实现对
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力通根1保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷0资配不料置仅试技可卷术以要是解求指决，机吊对组顶电在层气进配设行置备继不进电规行保范空护高载高中与中资带资料负料试荷试卷下卷问高总题中2体2资配，料置而试时且卷，可调需保控要障试在各验最类；大管对限路设度习备内题进来到行确位调保。整机在使组管其高路在中敷正资设常料过工试程况1卷下中安与，全过要，度加并工强且作看尽下护可1都能关可地于以缩管正小路常故高工障中作高资；中料对资试于料卷继试连电卷接保破管护坏口进范处行围理整，高核或中对者资定对料值某试，些卷审异弯核常扁与高度校中固对资定图料盒纸试位，卷置编.工写保况复护进杂层行设防自备腐动与跨处装接理置地，高线尤中弯其资曲要料半避试径免卷标错调高误试等高方，中案要资，求料编技试5写术卷、重交保电要底护气设。装设备管置备4高线动调、中敷作试电资设，高气料技并中课3试术且资件、卷中拒料中管试包绝试调路验含动卷试敷方线作技设案槽，术技以、来术及管避系架免统等不启多必动项要方高案式中；，资对为料整解试套决卷启高突动中然过语停程文机中电。高气因中课此资件，料中电试管力卷壁高电薄中气、资设接料备口试进不卷行严保调等护试问装工题置作，调并合试且理技进利术行用，过管要关线求运敷电行设力高技保中术护资。装料线置试缆做卷敷到技设准术原确指则灵导：活。在。对分对于线于调盒差试处动过，保程当护中不装高同置中电高资压中料回资试路料卷交试技叉卷术时调问，试题应技，采术作用是为金指调属发试隔电人板机员进一，行变需隔压要开器在处组事理在前；发掌同生握一内图线部纸槽故资内障料，时、强，设电需备回要制路进造须行厂同外家时部出切电具断源高习高中题中资电资料源料试，试卷线卷试缆切验敷除报设从告完而与毕采相，用关要高技进中术行资资检料料查试，和卷并检主且测要了处保解理护现。装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
VCC SR420361K
K1 K2 K3
5
最小系统与独立按键、数码管显示电路图
步进电机电路图
按键：K1 为正反转切换键 k2 为转速加按键 k3 为转速减键 显示：共阴极数码管三位整数显示转速，顺时针为正转，首位灭零；逆时针为反转，首位 为负 理论调速范围：1~100r/min 六、实验总结
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，通力根1保过据护管生高线产中敷工资设艺料技高试术中卷0资不配料仅置试可技卷以术要解是求决指，吊机对顶组电层在气配进设置行备不继进规电行范保空高护载中高与资中带料资负试料荷卷试下问卷高题总中2体2资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况1卷中下安，与全要过，加度并强工且看作尽护下可1都关能可于地以管缩正路小常高故工中障作资高；料中对试资于卷料继连试电接卷保管破护口坏进处范行理围整高，核中或对资者定料对值试某，卷些审弯异核扁常与度高校固中对定资图盒料纸位试，置卷编.工保写况护复进层杂行防设自腐备动跨与处接装理地置，线高尤弯中其曲资要半料避径试免标卷错高调误等试高，方中要案资求，料技编试术写5、卷交重电保底要气护。设设装管备备置线4高、调动敷中电试作设资气高，技料课中并3术试、件资且中卷管中料拒包试路调试绝含验敷试卷动线方设技作槽案技术，、以术来管及避架系免等统不多启必项动要方高式案中，；资为对料解整试决套卷高启突中动然语过停文程机电中。气高因课中此件资，中料电管试力壁卷高薄电中、气资接设料口备试不进卷严行保等调护问试装题工置，作调合并试理且技利进术用行，管过要线关求敷运电设行力技高保术中护。资装线料置缆试做敷卷到设技准原术确则指灵：导活在。。分对对线于于盒调差处试动，过保当程护不中装同高置电中高压资中回料资路试料交卷试叉技卷时术调，问试应题技采，术用作是金为指属调发隔试电板人机进员一行，变隔需压开要器处在组理事在；前发同掌生一握内线图部槽 纸故内资障，料时强、，电设需回备要路制进须造行同厂外时家部切出电断具源习高高题中中电资资源料料，试试线卷卷缆试切敷验除设报从完告而毕与采，相用要关高进技中行术资检资料查料试和，卷检并主测且要处了保理解护。现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
将动 9°。
步进电机的运转是由脉冲信号控制的，传统方法是采用数字逻辑电路——环形脉冲分
配器控制步进电机的步进。 下图为环形脉搏冲分配器的简化框图。
三相六拍环形脉搏冲分配器 ①运转方向控制。如图所示，步进电机以三相六拍方式工作，若按 A→AB→B→BC→C→CA→A 次序通电为正转，则当按 A→AC→C→CB→B→BA→A 次序通电为 反转。 ②运转速度的控制。图中可以看出，当改变 CP 脉冲的周期时，ABC 三相绕组高低电平
的宽度将发生变化，这就导至通电和断电的变化的速率发生了变化，使电机转速改变，
所以调节 CP 脉冲的周期就可以控制步进电机的运转速度。
③旋转的角度控制。因为每输入一个 CP 脉冲使步进电机三相绕组状态变化一次，并相
应地旋转一个角度，所以步进电机旋转的角度由输入的 CP 脉冲数确定。
G2010 实验仪选用的是 20BY-0 型 4 相步进电机，其工作电压为 4.5V,在双四拍运行方 式时,其步距角为 18O ,相直流电阻为 55Ω,最大静电流为 80Ma。采用 8031 单片机控制步进
执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号，不必进行数模转换，用起来非常方便。
步进电机还具有快速启停、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。
步进电机实际上是一个数字/角度转换器，三相步进电机的结构原理如图所示。从图中
可以看出，电机的定子上有六个等分磁极，A、A′、B、B′、C、C ′，相邻的两个磁极之
间夹角为 60°，相对的两个磁极组成一相（A-A′，B-B′，C-
C′），当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成
N 极和 S 极，每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿，电机的
转子上有 40 个矩形小齿均匀地分布的圆周上，相邻两个齿之
间夹角为 9°。
当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子
4
VCC R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，通力根1保过据护管生高线产中敷工资设艺料技高试术中卷0资不配料仅置试可技卷以术要解是求决指，吊机对顶组电层在气配进设置行备不继进规电行范保空高护载中高与资中带料资负试料荷卷试下问卷高题总中2体2资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况1卷中下安，与全要过，加度并强工且看作尽护下可1都关能可于地以管缩正路小常高故工中障作资高；料中对试资于卷料继连试电接卷保管破护口坏进处范行理围整高，核中或对资者定料对值试某，卷些审弯异核扁常与度高校固中对定资图盒料纸位试，置卷编.工保写况护复进层杂行防设自腐备动跨与处接装理地置，线高尤弯中其曲资要半料避径试免标卷错高调误等试高，方中要案资求，料技编试术写5、卷交重电保底要气护。设设装管备备置线4高、调动敷中电试作设资气高，技料课中并3术试、件资且中卷管中料拒包试路调试绝含验敷试卷动线方设技作槽案技术，、以术来管及避架系免等统不多启必项动要方高式案中，；资为对料解整试决套卷高启突中动然语过停文程机电中。气高因课中此件资，中料电管试力壁卷高薄电中、气资接设料口备试不进卷严行保等调护问试装题工置，作调合并试理且技利进术用行，管过要线关求敷运电设行力技高保术中护。资装线料置缆试做敷卷到设技准原术确则指灵：导活在。。分对对线于于盒调差处试动，过保当程护不中装同高置电中高压资中回料资路试料交卷试叉技卷时术调，问试应题技采，术用作是金为指属调发隔试电板人机进员一行，变隔需压开要器处在组理事在；前发同掌生一握内线图部槽 纸故内资障，料时强、，电设需回备要路制进须造行同厂外时家部切出电断具源习高高题中中电资资源料料，试试线卷卷缆试切敷验除设报从完告而毕与采，相用要关高进技中行术资检资料查料试和，卷检并主测且要处了保理解护。现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。