基于单片机步进电机速度控制研究(正式版)
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调速系统设计
常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系别：机电工程学院专业：机电一体化班号：机电122学生姓名：学生学号：设计（论文）题目：基于单片机的步进电机调速系统设计指导教师：设计地点：起迄日期：2014.6.23~2014.11.13毕业设计（论文）任务书专业机电一体化班级机电121 姓名许永康一、课题名称：基于单片机的步进电机调速系统设计二、主要技术指标：1.根据所选两相混合式步进电机的工作原理及性能指标,选择其伺服控制器的设计方案。
2.借助Keil 发平台,选用C语言完成对伺服系统各功能模块相应的程序的编写 3.在实验室条件下对伺服控制器进行调试、改进及验证。
三、工作内容和要求：1.了解步进电机调速的工作原理及其单片机控制的工作过程；2. 设计单片机步进电机调速控制系统，完成系统硬件电路的连接和调试；3. 编制程序实现步进电动机系统调速。
四、主要参考文献：__[1] 王冬青.可编程序控制器原理及应用[M].人民邮电出版社，2002.7[2] 王兆义.可编程序控制器教程[M].机械工业出版社,1999.10[3] 袁任光. 可编程序控制器应用技术实例[M].华南理工大学出版社,2000.4[4] 陈立定. 电气控制与可编程序控制器[M]. 华南理工大学出版社,2001.2学生（签名）年月日指导教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日系主任（签名）年月日毕业设计（论文）开题报告基于单片机的步进电机调速系统设计目录TOC \o "1-3" \h \u 摘要 (1)Abstract (2)第一章前言 (3)1.1步进电动机的简介 (3)1.2步进电机伺服控制的研究现状 (4)1.2.1国外步进电机伺服系统的发展现状 (4)1.2.2国内步进电机伺服系统的发展现状 (5)1.3步进电机伺服控制目前存在的主要问题 (6)第二章总体方案设计和步进电机的选择2. 1两相混合式步进电动机的工作过程 (8)2.1.1步进电动机的主要技术指标 (8)2.1.2两相混合式步进电机的结构 (8)2.1.3两相混合式步进电机的工作原理 (9)2.1.4两相混合式步进电机的样机简介 (9)2.2控制原理及控制系统分类 (10)2.2.1控制原理及应用 (10)2.2.2控制系统的分类 (11)第三章步进电动机伺服控制器的设计 (12)3. 1步进电动机伺服控制器的硬件组成 (12)3.1.1主控制模块 (12)3.1.2驱动控制模块 (12)3.1.3键盘显不模块 (15)3.1.4硬件抗干扰模块 (16)3.1.5步进电动机伺服控制器硬件电路原理图 (16)3.2步进电动机伺服控制器的软件实现 (17)3.2.1主程序的设计 (18)3.2.2系统调速模块的设计 (21)3.2.3按键显示模块的设计 (21)3.2.4外部中断模块的设计 (22)第四章实验结果及分析 (24)4.1 圈数测试结果 (26)4.2 转速调整测试结果 (26)第五章结束语 (27)参考文献 (28)答谢辞 (29)摘要步进电机具有快速启停能力强, 精度高, 转速容易控制等特点, 在工业过程控制及仪表等领域中得到了越来越广泛的应用。
基于单片机的步进电机控制探讨
基于单片机的步进电机控制探讨在步进电机的运行过程中，来自于单片机的电子脉冲信号可以控制其转动角度，而借助于单片机硬件电路以及软件编程等形式，则可实现步进电机的启动、停止以及正反转等动作，以此来实现对步进电机的有效控制。
基于此，本文分析了基于单片机的步进电机控制方法，以期为步进电机的应用与控制提供相应参考。
标签：单片机;步进电机;控制策略;控制系统0 引言步进电机的系统结构简单，对转动定位控制精准，因此步进电机在仪表控制和过程控制中发挥着至关重要的作用，且在当今的自动化控制、电动阀控制、数控机床以及医疗设施等各领域中得到了广泛应用。
而在步进电机的具体应用过程中，单片机可以对其起到更加精准的控制作用，以此来实现应用效果的显著提升。
因此，在步进电机的应用与研究中，应加大对单片机控制的研究，以此来实现步进电机的良好应用与发展。
1 步进电机工作原理在步进电机的运行过程中，电子脉冲信号数量及其频率对其转动速度以及停止位置起到决定性作用。
在步进电机运行过程中，如果给定一个脉冲信号，其转子便可经过相应角度，我们将该角度叫做步距角。
就目前的步进电机来看，步距角一般按照半步和一步进行划分，具体情况如表1所示。
按照以上划分方式，每给定一个脉冲信号，步进电机就可以转动0.9°，随着脉冲信号书的连续给定，可控制步进电机实现连续运转。
2 基于单片机的步进电机控制2.1控制系统框架分析2.1.1硬件系统设计构架分析在本次所研究的步进电机控制系统中，应用到的单片机为51单片机，主控制器型号为80C51，该控制器属于一种有着高效性的微控制器，通过该控制器的应用，可以为嵌入形式的控制系统提供出价格低廉、灵活度高的方案，其组成部分及其个数如表2所示。
在本次研究中，主要选择的步进电机是四相六线形式的步进电机，其额定电压是12V，这种步进电机可以在单拍模式下工作，也可以在单双拍混合模式下工作。
但是通常情况下，在该步进电机工作在单拍模式下时，其转动相角过度比较少，转动角度比较大，而且转动也并不十分连贯[1]。
基于单片机的步进电机控制系统的研究
Ｖｏ １ ． ２ １
Ｎｏ ． １ ８
电 子 设 计 工 程
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 ９月
Ｓ ｅ ｐ ．２ ０１ ３
基于单 片机 的步进电机控制 系统的研 究
ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ ｆ ｓ ｔ ｅ ｐ ｐ ｅ ｒ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ￣ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｅ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ １ ． Ｉ ｔ ｕ ｓ ｅ ｄ
电 樱 巽 动 Ｈ
数码管显示 模 块 驱 动电流检测模块
图 １ 系 统 总 体框 图
Ｆ ｉ ｇ ．１ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｕ ｎ ｉ ｔ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
步进电机［ １ 具 有 瞬 时 启 动 和 急 速 停 止 的优 越 特 性 。 在 非
基 本 的步 进 电机 控 制 系 统 。整 个 系 统 包 括 单 片 机 最 小 系 统 ，
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 。这 一 线 性 关 系 的 存 在 ，加 上 步 进 电机 只有 周 期 性 误 差 而无 累 积 误 差 等 特 点 ， 使得其在速度 、 位置等控制领域用处非常广。 单 片 机 软 件 编 程 可 以使 复 杂 的 控 制 过 程 实 现 自 动 控 制 和精确控制 ， 可以避免失步 、 振荡 等对 控 制 精 度 的 影 响 ； 用 软
基于单片机的步进电机控制系统研制
基于单片机的步进电机控制系统研制摘要系统以AT89S51单片机为核心构成步进电机的控制系统。
设计步进电机驱动电路、键盘与显示电路,并进行了系统软件编写。
通过调节发送给步进电机的步进脉冲个数可实现精确的位移或者角度定位,调节发送给步进电机的脉冲频率就可以实现速度调节。
系统可以实现在显示器的提示下,由键盘输入运行的步数和稳定运行的速度。
关键词步进电机;单片机;速度控制传统的步进电机控制方法是由触发器产生控制脉冲来进行控制的,难于实现人机交互,,而且传统的触发器构成的控制系统,控制电路复杂、控制精度低、生产成本高等。
以微电子芯片为控制核心,以电力电子功率变换器为执行机构,在自动控制理论的框架下组成的控制系统,能通过控制电机转速或转矩进而控制生产机械或运动部件按照人们所希望的规律运动。
克服了传统控制器的缺点,满足工业生产新的控制要求。
如今各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、医疗器械、广告器材、计算机外部应用设备等。
高精度,实时监控的步进电机控制系统具有重要意义和实用价值。
1 系统原理步进电机控制系统主要由AT89S51单片机及单片机工作外围电路和放大电路组成。
采用8155作为AT89S51单片机的扩展I/O口来连接键盘和LED显示器。
单片机的P1.0、P1.1、P1.2分别连到步进电机的A、B、C三相绕组,单片机的控制信号经信号放大驱动电路输出到步进电机绕组就可以驱动步进电机运转。
系统在LED显示器的提示下,由键盘设置步进电机运行的转速和步数;由各个功能键控制系统的运行,按启动键后,步进电机按照输入的参数运行。
2 系统的硬件构成2.1 步进电机的驱动电路设计系统的输出通道也就是控制步进电机的通道,由于AT89S51的P1口作为输出通道的控制端口,采用三相六拍的步进电机进行并行控制需要单片机P1口中的三位P1.0、P1.1、P1.2,分别接三相步进电机的A、B、C三相。
步进电机的脉冲分配由单片机通过软件控制构成环行分配器,功率放大器选用单电压功率放大电路。
《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
基于单片机的步进电机转速控制全解
电子器件市场调研与系统设计实践专业：***班级：姓名：学号：指导教师：****大学****学院**** 年 **月**日基于单片机的步进电机调速与正反转控制系统1 系统要求步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且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。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。
本设计基于单片机控制的步进电机设计课题是以单片机为主控制模块，从而实现电机的启停、正反转和调速的目的的一个设计课题。
在课题设计之前，通过互联网了解到了当前步进电机的发展状况及发展前景。
同时也了解了当今最先进的步进电机所具备的功能，方便为课题设计提供参考和借鉴；最后，通过画原理框图的形式，以最直观的方式为整个课题设计制定了流程及要求。
1.1 设计目的《电子器件市场调研与系统设计实践》是本专业的重要实践教学环节，强调实际应用技能训练。
结合自动化专业系列课程的学习，培养我们对电子器件的认知，锻炼我们的市场调研能力，加深我们对自动化专业系列课程知识的掌握。
通过课程设计环节培养学生与人交往、独立思考和处理问题的能力。
1.2 设计内容及要求本次课程设计所选的步进电机是四相步进电机，采用的方法是利用单片机控制步进电机的驱动。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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(称为“步距角”)，它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机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
本次课程设计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机的速度的，并且通过数码管显示其转速的级别。
基于单片机控制步进电机调研报告
调研报告1课题研究的目的和意义步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Stepping motor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。
步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。
当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。
因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。
每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。
根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。
步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。
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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。
正是由于步进电机具有突出的优点，所以成了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[2]。
比如在数控系统中就得到广泛的应用。
目前世界各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国已经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。
虽然与发达国家相比，我们我国的数控技术方面整体发展水平还比较低，但已经在我国占有非常重要的地位，并起了很大的作用。
除了在数控系统中得到广泛的应用，近年来由于微型计算机方面的快速发展，使步进电机的控制发生了革命性变革。
基于单片机的步进电机控制
第1期（总第206期）2018年2月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING&. AUTOMATIONNo. 1Feb.文章编号：1672-6413(2018)01-0169-02基于单片机的步进电机控制部象，赵树忠(华北理工大学，河北唐山063009)摘要：研究了基于S T C89C52单片机的步进电机控制系统。
通过建立最基本的单片机系统、基于ULN2803 芯片的电机驱动电路、电机按键控制电路、电机运行状态参数的数码管显示电路等几部分搭建了电机控制系 统。
通过M C S-51汇编语言编程指令，实现由控制矩阵键盘输入控制步进电机的正反转、加减速、启停控制 等操作，提高了电机的控制精度。
关键词：S T C89C52单片机；步进电机；控制系统中图分类号：TP273 : TP368.1 文献标识码：A〇引言步进电机是将电脉冲控制信号转变为机械角位移或直线位移的控制电动机。
在驱动电源的作用下，步进电机每接收一个电脉冲，转子就转过一个相应的角度（步距角）。
电动机转子角位移的大小和转速的高低分别与输入的控制电脉冲数量及其频率成正比，而电动机的转向与绕组的通电顺序有关，因此，通过控制输入电脉冲的数目、频率及电动机绕组的通电顺序就可以获得所需要的转角、转速及转向，利用微型计算机就可以很容易实现步进电机的开环数字控制[1]。
步进电机可以实现稳定运行，不受外界温度和电磁等因素的影响。
由于单片机具有成本低、性能高、便于维护、使用简单等特点，使得这一技术得到了飞速的发展并广泛运用于各个行业。
单片机技术的成熟，也使得步进电机的单片机控制系统具有广阔的研究和应用前景[2]。
1电机控制系统结构由于所选用的步进电机功率和额定电流都较小，因此综合考虑选用了达林顿驱动器ULN2803,该芯片最多可一次驱动八线步进电机，具有接口简单、操作方便等特点[3]。
步进电机的加速、减速、正反转和停止等控制通过键盘设置来实现。
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计-毕业论文-精品
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计-毕业论文-精品2020-12-12学生姓名学号所在学院自动化与电气工程学院专业自动化课题基于单片机控制的步进电机调速系统的设计指导老师【关键字】方案、目录、情况、道路、方法、动力、进展、成就、空间、领域、模式、监测、运行、传统、难点、系统、有效、大力、继续、整体、现代、合理、良好、文明、健康、配合、执行、保持、统一、发展、发现、掌握、研究、措施、特点、位置、关键、稳定、网络、理想、地位、基础、需要、环境、工程、能力、需求、主导、方式、差距、作用、标准、结构、任务、速度、设置、增强、分析、简化、调节、形成、保护、满足、严格、管理、保证、指导、帮助、支持、教育、解决、调整、完善、取决于、方向、改革、实现、提高、改进、衷心、核心、用心基于单片机控制的步进电机调速系统的设计摘要步进电机是一种利用电脉冲进行控制且将电脉冲信号转换成相位移的电机。
每次给步进电机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两个相邻脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，通过延时的长短来控制步进角从而改变电机的转速，这样就实现了步进电机的调速系统。
论文主要研究内容如下：(1)本次研究的单片机型号是基于STC89C52的，认真的分析STC89C52的各个参数和引脚功能，在熟悉STC89C52单片机及其外围电路的基础上，选择常见且价格合理的外围硬件，使用protel99 se绘制各模块电路图以及系统整体电路图，利用洞洞板焊接基于单片机的实物。
(2)根据硬件电路绘制子模块的程序流程图，使用Keil uVision4编写程序实现各个软件模块，完成软件设计。
软件设计的主要难点是步进电机的正反转和速度的调节，其中步进电机的速度以软件延时的时间长短来调节。
程序编写完后使用Keil uVision4调试，直至没有错误，最后烧入单片机，检查其各个功能运行的实际效果，反复改写并调试程序直至满足既定的效果。
基于单片机的步进电机升降速及精度控制研究优秀doc资料
基于单片机的步进电机升降速及精度控制研究优秀doc资料基于单片机的步进电机升降速及精度控制研究黄法恒,等基于单片机的步进电机升降速及精度控制研究黄法恒,刘利(上海交通大学,上海200240摘要:介绍了单片机控制步进电机的一般硬件结构,在此基础上提出了三种步进电机升速的实现方法,最后分析了单片机定时误差对步进控制的影响,并得出了解决办法。
关键词:单片机;步进电机;升速曲线;定时误差Study on Speep 2up /down and Prec isi on Con trol of Step M otorBa sed on S i n gle 2ch i p M i croco m puterHUANG Fa 2heng ,L IU L i(Shanghai J iao Tong University,Shanghai 200240,ChinaAbstract:The hard ware structure of the contr ol of step mot or using single 2chinp m icr ocomputer was in 2tr oduced in this paper .on this basis,put f or ward three ways t o realize the s peed2up of step mot or .I n the last,analysed the influence of ti m ing err or of shigle 2chinp m icr ocomputer in the contr ol of step mo 2t or,then gave the way t o s olve this p r oble m.Key W ords:Single 2chi p m icr ocomputer;Step mot or;Speed 2up curve;Ti m ing err or收稿日期:20212092021控制系统硬件步进电机驱动器的输入信号共有三路,分别是:步进脉冲输入信号CP,电机运转方向控制输入信号C W ,急停复位输入信号REST 。
基于单片机的步进电机控制系统研究
基于单片机的步进电机控制系统研究一、本文概述1、1随着现代工业技术的快速发展，步进电机作为一种重要的执行元件，在自动化控制领域中的应用日益广泛。
步进电机以其控制精度高、响应速度快、驱动电路简单等优点，成为许多精密控制场合的首选。
然而，步进电机的控制精度和稳定性在很大程度上取决于其控制系统的性能。
因此，研究和开发基于单片机的步进电机控制系统，对于提高步进电机的控制精度和稳定性，以及推动步进电机在更多领域的应用具有重要意义。
单片机作为一种集成度高、功耗低、性能稳定的微型计算机，非常适合用于步进电机的控制。
通过编程控制单片机的输入输出端口，可以实现对步进电机的精确控制。
单片机还具有丰富的外设接口和强大的数据处理能力，可以实现对步进电机的实时监控和调试。
因此，基于单片机的步进电机控制系统成为了研究的热点。
本文将首先介绍步进电机的基本原理和控制方式，然后详细阐述基于单片机的步进电机控制系统的硬件设计和软件编程。
在此基础上，通过实验验证该控制系统的性能，并探讨其在实际应用中的优势和局限性。
对基于单片机的步进电机控制系统的未来发展方向进行展望。
2、2在基于单片机的步进电机控制系统中，硬件设计是整个系统的核心部分。
选择一款适合的控制单片机是关键。
常见的单片机有STC、AT89C51等，这些单片机都具有强大的控制能力和丰富的外设接口，可以满足步进电机控制的需求。
为了驱动步进电机，需要选择一款合适的驱动电路。
常见的驱动电路有H桥驱动、ULN2003驱动等，这些驱动电路都可以有效地将单片机的控制信号转化为步进电机的动作。
在硬件设计中，还需要考虑电机的供电问题。
步进电机通常需要较高的电压和电流，因此，需要设计一款合适的电源电路，以确保电机的稳定运行。
同时，为了防止电机运行时产生的干扰，还需要在电源电路中加入滤波和稳压元件。
步进电机的运动控制还需要精确的定位和速度控制。
为了实现这些功能，可以在单片机上加入编码器或位置传感器，以实时监测电机的位置和速度，并通过单片机的控制算法进行调整。
基于单片机的步进电机控制
基于单片机的步进电机控制第一章绪论1.1 步进电机及其发展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。
图1.1 步进电机的外观图1.2 步进电机在我国的发展应用及前景我国步进电机的研究及制造起始于本世界50年代后期，从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产for more than 60 years of rural senior party member care funds; System of regulating the activities of grass-roots party organizations, and enhance the sense of belonging of grass-roots party members; Hold fast to implement "red credit", "red stake" two major project opportunities, strive to explore new ways of development of village collective economy, rural collective economy achieve breakthrough; A progress review by the Secretary of the party work of grass-roots party organizations, strengthens the responsibility of grasping party building, Party Secretary. Second, strengthening the construction of clean and honest Government and fight against corruption. Seriously implement the honest responsibility, actively carry out the independent Commission against corruption interview system, increase the leadership and the day-to-daysupervision of party members and cadres at all levels, strengthen the not Winds of special treatment, treatment of "laid-back luxury and arrogance" and "three-pronged" problem, non-gang, national public officers, serving in leadership positions is not land, above-standard equipped with buses and cars for private purposes, and recreational city of gifts, hospitality, luxury and waste, "emptied the rating" special rectification work. Adhere to the rot will be punishing, corrupt Su, and 1 village, 4 disciplinary administrative cadres and workers. Three is to strengthen peace to create a work. Strengthen source management, adhere to prevention, focusing on prevention. Carry out the "big reception, big tour" campaign, petitioning for the cadres of the品。
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研究.doc
基于单片机步进电机速度控制研究本文对步进机一个全面的介绍，再基于单片机对步进电机的控制。
本文采用硬件控制系统，通过单片机MC9S12XS128与光电编码器对步进电机进行速度的控制。
最后对步进电机的速度曲线进行研究。
步进电机又称为脉冲电动机或者阶跃电动机，作为执行元件，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之中，比如当今电子钟表、工业机械手、包装机械和汽车制动元件的测试中等。
步进电机在未来应用前景会往更加小型化、从圆形电动机往方形电动机和四相、五相往三相电动机发展。
而这便需要对步进电机的控制提出了更高的要求。
1.步进电机综合介绍1.1.步进电机分类步进电动机的种类很多，从广义上讲，步进电机的类型分为机械式、电磁式和组合式三大类型。
按结构特点电磁式步进电机可分为反应式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大类；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。
目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。
1.1.1.反应式步进电机反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。
一般为三相，可实现大扭矩的输出，步进角一般为1.5度。
它的结构简单，成本低，但噪音大。
1.1.2.永磁式步进电机永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成，转子本身就是一个磁源。
转子的极数和定子的极数相同，所以一般步距角比较大，步进角一般为7.5度或15度。
它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小，但启动运行频率较低，还需正负脉冲供电。
1.1.3.混合式步进电机混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。
它分为两相和五相，两相的步进角一般为1.8度，而五相的步进角为0.72度。
混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。
目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。
1.2.步进电机的工作原理步进电机是将电脉冲信号转化为角位移增量，也即是说，当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，便驱动电机按照设定的方向转动一定的角位移量。
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文件编号：TP-AR-L2541In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.（示范文本）编订：_______________审核：_______________单位：_______________基于单片机步进电机速度控制研究(正式版)基于单片机步进电机速度控制研究(正式版)使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。
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本文对步进机一个全面的介绍，再基于单片机对步进电机的控制。
本文采用硬件控制系统，通过单片机MC9S12XS128与光电编码器对步进电机进行速度的控制。
最后对步进电机的速度曲线进行研究。
步进电机又称为脉冲电动机或者阶跃电动机，作为执行元件，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之中，比如当今电子钟表、工业机械手、包装机械和汽车制动元件的测试中等。
步进电机在未来应用前景会往更加小型化、从圆形电动机往方形电动机和四相、五相往三相电动机发展。
而这便需要对步进电机的控制提出了更高的要求。
1.步进电机综合介绍1.1.步进电机分类步进电动机的种类很多，从广义上讲，步进电机的类型分为机械式、电磁式和组合式三大类型。
按结构特点电磁式步进电机可分为反应式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大类；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。
目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。
1.1.1.反应式步进电机反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。
一般为三相，可实现大扭矩的输出，步进角一般为1.5度。
它的结构简单，成本低，但噪音大。
1.1.2.永磁式步进电机永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成，转子本身就是一个磁源。
转子的极数和定子的极数相同，所以一般步距角比较大，步进角一般为7.5度或15度。
它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小，但启动运行频率较低，还需正负脉冲供电。
1.1.3.混合式步进电机混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。
它分为两相和五相，两相的步进角一般为1.8度，而五相的步进角为0.72度。
混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。
目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。
1.2.步进电机的工作原理步进电机是将电脉冲信号转化为角位移增量，也即是说，当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，便驱动电机按照设定的方向转动一定的角位移量。
我们可以通过控制脉冲的个数来控制步进电机的角位移量，通过控制脉冲的频率来控制速度与加速度。
定子齿有三个励磁绕组，其几何轴线分别于转子的轴线错开。
当A相通电时，由于定齿的A齿与转子的1齿对齐，没有切向力，转子静止，接着B 相通电，转子齿偏移定子一个角度，由于励磁磁通力图沿着磁阻最小的路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转过转动，当转子转到定子齿对齐位置时，因转子只受径向力而无切向力的作用，故转矩为零，转子被锁定在该位置上。
综上可得出，错齿是促使步进机旋转的根本原因。
在非超载的情况下，电机转速、停止的位置只取决于脉冲信号的脉冲数和脉冲频率，而不受负荷变化的影响。
本文是基于这个条件下进行步进电机速度控制研究。
2.步进电机控制系统的研究2.1.脉冲控制的方法实现脉冲的分配的方法有两种：软件法和硬件法。
软件法在电机运行的过程中，要不停地产生控制脉冲，占用了CPU大量的时间，可能会使单片机无法进行其它工作，所以现在大部分都是采用硬件法。
2.2.控制系统硬件设计的研究良好的驱动系统方案能强有力的支撑步进电机升降速曲线的设计。
控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。
步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。
角位移量与脉冲个数相关。
步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。
步进电机驱动器，必须与步进电机的型号相匹配。
否则，将会损坏步进电机及驱动器。
电机驱动系统的性能直接影响和制约加减速曲线的效果。
其硬件方面，基于MC9S12XS128 16位MCU以及光电编码器、步进电机驱动电路、单片机最小系统板电路支撑软件平台。
MC9S12XS128是飞思卡尔公司为成本敏感型汽车车身电子应用而设计的16位微控制器，其相关特性足以满足此控制系统的设计要求。
MC9S12XS128 MCU主要特性：(1)S12X CPU，最高总线速度40MHz；(2)2.128KB闪存，带有错误校正功能（ECC）；(3)带有ECC 的、4KB 至8KB DataFlash，用于实现数据或程序存储；(4)可配置8 、10 或12 位模数转换器（ADC），转换时间3μs；(5)支持控制区域网（CAN）、本地互联网（LIN）和串行外设接口（SPI）协议模块；(6)带有16-位计数器的、8-通道定时器；(7)出色的EMC，及运行和停止省电模式。
电机驱动电路的设计采用ULN2003芯片，ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成，其工作电压高，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。
基于步进电机升降速曲线的设计选用四相五线步进电机，最小步进角7.5度，通过电机驱动细分原理，可使最小步进角变为3.75度。
四相电机常见的运行方式为四相四拍和四相八拍，四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。
当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA时电机为正转，改变通电时序为DA-CD-BC-AB 时电机则为反转.步进电机升降速曲线设计步进电机启动和停止的时候，一般情况下，系统的极限启动频率比较低，而要求的运行速度往往比较高，如果系统以要求的运行速度直接启动，因为该速度已经超过极限启动频率而不能正常启动，起则发生丢步，重则根本不能启动，产生堵转。
系统运行起来后，如果达到终点时立即停止发送脉冲，令其立即停止，则由于系统惯性的作用，步进电机会转过控制器所希望的平衡位置，为了克服步进失步和过冲现象，应该在启动停止时加入适当的加减速控制。
步进电机常用的升降频加减速控制方法有4种：3.1.直线升降频电机运动时,其运动过程是首先以一定的加速度加速运动,当速度达到指定的速度时,开始匀速运动，减速时,以一定的加速度减速运动到指定的速度后匀速运动或停下来。
在步进电机升速过程中,直线规律速度控制是加速度保持一个恒定值不变,速度以直线规律上升，该种加减速方法快速性较好,控制方法计算简单, 所以适用于控制系统处理速度较慢且对升降速过程要求不高的场合。
将影响电机和机械系统的使用寿命,这种方法是以恒定的加速度进行升降，平稳性好，适用于速度变化较大的快速定位方式。
加速时间虽然长，但软件实现比较简单。
以往研究表明,步进电机处于负载状态下可以按预期的目标升降速,但是反映出过冲量大，稳定性差，噪音大的现象。
所以在短距离的步进电机加减速控制中不适合采用该方法。
同时,由于这种速度控制方法的加速度是恒定的,其缺点是未充分考虑步进电机输出力矩随速度变化的特性,步进电机在高速时会发生失步"因此,除部分特殊场合,线性规律控制已逐步退出历史的舞台。
3.2.阶梯曲线升降频将步进电机的升降过程离散为一个不连续的区间,控制器件所发出的驱动脉冲受阶梯函数的控制,即步进电机的转速每跃升1个台阶后,恒速运转一段时间,通过反馈机制比较当前速度与目标速度是否一致,若不一致则相应的加或减一个脉冲档位，这种方法的缺点是在恒速阶段没有加速,未充分利用步进电机的加速性能,而且在高频段加速台阶高,步进电机在速度越阶时会发生失步。
3.3.指数曲线升降频指数规律加减速是指在加减速过程控制中,步进电机的速度是指数规律上升或下降的。
开始加速度最大,并且随着速度的升高而逐渐减小,速度上升得越来越慢。
当速度上升至最高值时,加速度降低至最小,理想情况下应接近于0，用指数规律加减速能充分保证步进电机的运行稳定性,同时兼顾了升降运行快速性。
事实上,用指数规律加减速完全可以满足短距离步进控制的要求。
它符合步进电机加减速过程的运动规律，能充分利用步进电机的有效转矩，快速响应性能较好，升降时间短。
指数升降控制具有较强的跟踪能力，但当速度变化较大时平衡性较差。
3.4.抛物线升降频抛物线升降频将直线升降频和指数曲线升降频融为一体，充分利用步进电机低速时的有效转矩，使升降速的时间大大缩短，同时又具有较强的跟踪能力，这是一种比较好的方法，抛物线升降频很适合步进电机的加减速控制。
但这种升降频算法的软件开销比较大，算法比较复杂，控制器处理的时间相对较长。
步进电机因其有其独特的优点，广泛地应用于自动化控制系统中。
随着科技的发展，对步进电机的智能化控制要求也将越来越高，我们也有必要对它进行进一步的研究。
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