步进电机课程设计报告

湖南工程学院

课程设计

课程名称单片机原理与应用

课题名称步进电机控制系统设计

专业自动化

班级 1002班

学号 201001020201

姓名刘心祥

指导教师李晓秀

2013年 6 月 7日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称单片机原理与应用

课题步进电机控制系统设计

专业班级自动化1002 学生姓名刘心祥

学号 201001020201 指导老师李晓秀

审批

任务书下达日期 2013年 6月 7日

任务完成日期2013年6月21日

目录

第1章概述 (1)

1.1单片机概述 (1)

1.2步进电机概述 (1)

第2章系统总体方案设计 (2)

2.1系统总体设计思路 (2)

2.2系统总体设计方案方框图................ 错误！未定义书签。第3章硬件介绍与说明 .. (3)

3.1开发板按键硬件连接及实物说明 (4)

3.2开发板数码管硬件连接及实物说明 (5)

3.3开发板步进电机硬件连接及实物图 (6)

第4章软件设计流程 (6)

4.1系统整体流程概述 (6)

4.2系统整体流程图 (7)

第5章调试结果与说明 (8)

5.1系统调试 (8)

5.2调试说明 (9)

5.3调试结果 (10)

第6章总结 (12)

参考文献 (13)

附录 (14)

附录A系统原理图 (14)

附录B程序清单 (15)

第1章概述

1.1 单片机概述

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。

单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。AT89系列单片机。他不但具有一般MCS-51单片机的所有特性，而且还拥有一些独特的优点，此次设计中所用到的STC90C52RC就是其中典型的代表。

1.2 步进电机概述

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，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。因永磁体

的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。

感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式。

一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运动方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

第2章系统总体方案设计

2.1 系统总体设计思路

本系统，通过选取单片机的矩阵键盘的五个控制键输入，并连接到单

片机的P2口（P2.0-P2.3列线，P2.4-P2.7行线），通过单片机内部的处理将键盘的输入信号读入并执行相应的动作，并从P0，P1口分别接数码管的段选端和位选端（P1.0-P1.3），从而使得四位数码管能按指定要求显示指点的档位加减，和步进电机运行状态的效果。同时利用程序对步进电机（本方案中采取四项八拍的方式）实施与数码管同步的相应运转状态，从而使得整个步进电机控制系统得以准确的实现。具体设计方框图如下。

图2.1 总体总体设计方案方框图

第3章硬件介绍与说明

本系统采用自备的STC89C54RD+系列的单片机开发板进行硬件搭接与调试，并利用C语言编程来实现硬件的既定功能。下面就对此些列开发板的硬件电路原理图进行相应的说明。

3.1 开发板按键硬件连接及实物说明

图3.1 按键硬件连接及实物图

图中S1~S4可以配置成独立按键，即通过一个眺冒J11切换，在独立键盘配置中，应该把眺冒跳到左端，此时独立键盘才有效，由于，此个步进电机控制系统中所用的按键刚好四个即可满足要求，因此，系统中采用独立键盘。

本系统设计通过四个独立按键S1，S2，S3，S4接入单片机P3口前四位，当S1键按下时，步进电机正转，当S2键按下时，步进电机反转，当S3键按下时，步进电机通过按键的次数来增大步进电机的脉冲频率从而在原有的转速上进行加速，当S4键按下时，步进电机通过按键的次数来减小步进电机的脉冲频率从而在原有的转速上进行减速。由此，通过四个按键的控制即可实现步进电机的准确控制。