步进电动机控制系统设计报告
步进电机的控制1
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院自动控制原理课程设计报告设计题目：单位（二级学院）：自动化学院学生姓名：专业：自动化班级：学号：指导教师：设计时间：2010 年 6 月重庆邮电大学自动化学院制目录目录 (2)一、设计题目 (3)1题目内容 (3)2实现目标 (3)3设计要求 (3)4 设计安排 (3)二、设计报告正文 (3)1步进电机的概论 (4)2步进电机的驱动控制系统 (6)3系统设计思路 (10)4步进电机的控制电路 (13)三、设计总结 (15)四、参考文献 (16)一、设计题目1题目内容基于51单片机的步进电机调速设计2实现目标1)具有与PC机串口通信的功能；2)具有与数码管显示或者LED指示灯显示状态（数码管显示的速度并不代表电机实际速度，只是一个感性的认识）3设计要求1)绘制原理图，PCB;2)完成单片机所有代码编写；3)设计PC机简易显示界面；4设计安排三个人一组，为期一周，小组成员合作，共同完成设计要求。
二、设计报告正文摘要：步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或者线位移的电磁机械装置。
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。
它具有快速启停能力，在电机的负荷不超过它能提供的动态转矩时，可以通过输入脉冲来控制它在一瞬间的启动或者停止。
由于其精确性以及其良好的性能在实际当中得到了广泛的应用。
本文首先介绍了步进电机的分类、技术指标、步进电机的工作原理以及步进电机的驱动原理。
然后主要以51系列单片机AT89S52为控制核心设计了步进电机（型号42BYG016）控制系统，从系统的硬件电路以及软件的设计方面实现了通过液晶对步进电机的加速，匀速，减速以及正反转做出显示。
经过对所设系统的测试，结果表明仿真控制系统的随动性能好，抗干扰能力强，稳定性好。
【关键词】：单片机、步进电机、串口通信、液晶显示1步进电机的概论1.1工作原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行机构。
基于单片机的步进电动机调速系统的设计开题报告
基于单片机的步进电动机调速系统的设计开题报告标题：基于单片机的步进电动机调速系统的设计开题报告一、选题背景和意义步进电动机是一种常见的电动机类型，具有精度高、控制简单、适用范围广等优点。
在工业自动化控制系统中，步进电动机的调速系统被广泛应用。
本次设计旨在基于单片机技术，设计一种步进电动机调速系统，以实现对步进电动机的精准控制，提高生产效率和产品质量。
二、研究目标1. 设计一套基于单片机的步进电动机调速系统，实现对步进电动机的精准控制；2. 实现步进电动机的速度控制和位置控制功能，以满足不同应用场景的需求；3. 提高步进电动机的运动精度和稳定性，提高生产效率和产品质量。
三、研究内容和方法1. 系统硬件设计：选择适当的单片机型号，并搭建单片机控制电路，包括电源电路、驱动电路、信号输入输出接口等；2. 系统软件设计：使用C语言编程，编写单片机的控制程序，实现步进电动机的速度和位置控制；3. 系统测试与优化：对设计的步进电动机调速系统进行测试，并根据测试结果进行优化改进，提高系统的性能和可靠性。
四、预期成果和创新点1. 设计一套基于单片机的步进电动机调速系统，实现对步进电动机的精准控制；2. 实现步进电动机的速度控制和位置控制功能，满足不同应用场景的需求；3. 提高步进电动机的运动精度和稳定性，提高生产效率和产品质量。
五、进度安排1. 第一周：调研相关技术和文献，了解步进电动机的原理和控制方法；2. 第二周：选择适当的单片机型号，并搭建单片机控制电路；3. 第三周：编写单片机的控制程序，实现步进电动机的速度和位置控制；4. 第四周：对设计的步进电动机调速系统进行测试，并进行优化改进；5. 第五周：撰写设计报告和制作展示材料。
六、存在的问题和解决方案1. 硬件选型：选择适合步进电动机调速系统的单片机型号和驱动电路，可以参考相关文献和实验室的经验；2. 软件编程：由于步进电动机的控制涉及到速度和位置的精确控制，需要仔细编写控制程序，可参考相关的单片机控制实例；3. 系统测试：在测试过程中可能会出现电路连接错误、程序逻辑错误等问题，需要仔细检查和排除故障。
实验五 步进电机单轴定位控制实验
方向信号 (a) 脉冲＋方向 (b) 正脉冲＋负脉冲 实验五 步进电机单轴定位控制实验一、实验目的1. 学习和掌握步进电机及其驱动器的操作和使用方法；2. 学习和掌握步进电机单轴定位控制方法；3．学习和掌握PLC 单轴定位模块的基本使用方法。
二、实验原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移量的机电执行元件，即步进电动机输入的是电脉冲信号，输出的是角位移或直线位置。
每给一个脉冲，步进电动机转动一个角度，这个角度称为步距角。
运动速度正比于脉冲频率，角位移正比于脉冲个数。
步进电动机典型控制系统框图如图1-2-9所示。
图1-2-9 步进电动机典型控制系统框图位置控制单元可根据需要的频率和个数以及设定的加减时间控制步进电动机运动。
由于步进电动机需要正反转运动，因此定位单元的输出脉冲形式有“脉冲＋方向”和“正脉冲＋负脉冲”两种，它们均可控制步进电动机正反转运动。
输出脉冲形式通过参数设定来选择。
其脉冲形式如图1-2-10所示。
图1-2-10 定位模块的两种输出脉冲形式频 率 （HZ ） 脉冲数（PLS ） f 1S 2 S 3S 1由于步进电动机的电磁惯性和所驱动负载的机械惯性，速度不能突变，因此定位模块要控制升降频过程。
步进电机升、降频过程如图1-2-11。
一般情况下，S 2＝S 3。
图 1-2-11 步进电机升、降频示意图其中：f 1——设定的运行频率，应小于步进电动机的最高频率；S 1——设定的总脉冲个数；S 2——升频过程中脉冲个数，由加速时间和运行频率确定；S 3——降频过程中脉冲个数，由减速时间和运行频率确定。
步进电动机驱动器将位置定位模块的输出脉冲信号进行分配并放大后驱动步进电动机的各相绕组，依次通电而旋转。
驱动器也可接受两种不同形式的脉冲信号，通过开关来选择，定位模块和驱动器的脉冲形式要相同。
另外，为了提高步进电动机的低频性能，驱动器一般具有细分功能，多个脉冲步进电动机转动一步，细分系数一般为1、2、4、8、16、32等几种，通过拨码开关来设定。
单片机课程设计步进电机
单片机课程设计-步进电机江南大学物联网工程学院课程设计报告课程名称：单片机原理及应用设计题目：基于单片机的步进电机控制器设计班级：姓名：学号：指导教师：评分：年月日基于单片机的步进电机控制器设计摘要：本设计是用80C52单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生，用单片机技术和C 语言编程设计来进行步进电机的控制。
通过人手动按开关实现步进电机的启动与停止、步进电机的正转反转，加速及减速等功能，此外还有LCD 数码管进行实时显示功能。
同时本文也通过了proteus软件的仿真，在仿真结果中能看出近似真实的效果。
经过proteus仿真，结果表明，系统实现了要求。
该系统电路简单，可靠性强，运行稳定。
关键词：步进电机单片机LCD proteus 仿真1课题主要研究内容和要求本设计采用单片机80C52来作为整个步进电机控制系统的运动控制核心部件。
所选的步进电机是四相五线的，由于步进电机需要高功率驱动，单片机不能与步进电机直接相连，因此我们需要采用了电机驱动芯片ULN2003连接步进电机和单片机。
为了显示步进电机转速，我用数码管来显示速率。
再加上一些独立按键来实现步进电机调速、改变转向的功能。
这样就构成了一个基本的步进电机控制系统。
系统的具体功能和要求如下：1、电机转速可以平稳控制；2、通过键盘和显示器可以设置电机的转速；3、能显示电机的运动趋势；2所需仪器设备所需器件备注所需器件备注STC89C52一片12M晶振一个单片机ULN2003驱一片按键五个动芯片八位共阳数一片异步电机一个码管芯片不同阻值电若干+5V电源一个阻30pF电容两个3系统总体设计本设计的硬件电路包括独立按键控制模块、步进电机驱动模块、数码管显示模块和单片机最小系统四部分。
单片机最小系统由时钟电路和复位电路组成，保证单片机正常运行；独立按键控制模块由开关和按键组成，当按下按键时，该系统就按照该按键控制的功能运作；显示模块主要是为了显示电机的工作状态和转速；驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。
单片机课程设计-正反转可控的步进电机
正反转可控的步进电机1 引言本课程设计目的是为了进一步掌握单片机系统，加强对系统设计和应用能力的培养而开设的综合设计训练环节。
本系统用51单片机和ULN2003A电机驱动芯片并加入控制按钮来实现步进电机的正、反转控制。
2 设计方案及原理步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度的控制。
作为控制执行部件，广泛应用于自动控制和精密仪器等领域。
例如在仪器仪表、机床设备以及计算机的外围设备中（如打印机和绘图仪），常有对精确的、可控制的回转源的需要。
在这种情况下，使用步进电机最为理想。
2.1 步进电机控制步进电机两个相邻磁极之间的夹角为60°，线圈绕过相对的两个磁极构成一相。
此外各磁极上还有5个分布均匀的锯形小齿。
电机转子上没有绕组。
当某相绕组通电时，响应的两个磁极就分别形成N-S极，产生磁场，并与转子形成磁路。
如果这是定子的小齿与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，使转子齿与定子齿对齐，从而使步进电机向前“走”一步。
如果通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流，就可以控制电机的转动，从而进行了数字到角度的转换。
转动的角度大小与施加的脉冲数成正比，转动的速度与脉冲频率成正比，而转动方向则与脉冲的顺序有关。
2.2 步进电机驱动方式步进电机常用的驱动方式是全电压驱动，即在电机移步与锁步时都加载额定电压。
为防止电机过流及改善驱动特性需加限流电阻。
由于步进电机锁步时，限流电阻要消耗掉大量的功率。
因此，限流电阻要有较大功率容量，并且开关管也要有较高的负载能力。
步进电机也可以使用软件方法，即使用单片机实现，这样不但简化了电路，同时降低了成本。
使用单片机以软件方式驱动步进电机，不但可以通过编程方法在一定范围之内自由的设定步进电机的转速，往返转动的角度以及转动次数等；还可以方便灵活的控制步进电机的运行状态，以满足不同用户的需求。
因此常把单片机步进电机控制电路称之为可编程步进电机控制驱动器。
plc步进电机控制实验报告
PLC步进电机控制实验报告引言在工业控制领域中，步进电机是一种常用的驱动设备。
为了实现对步进电机的精确控制，我们采用了PLC（可编程逻辑控制器）作为控制器。
本文将详细介绍PLC步进电机控制实验的步骤和结果。
实验目的本实验旨在通过PLC控制步进电机，实现对电机运动的精确控制。
具体实验目标如下： 1. 学习PLC的基本原理和编程方法； 2. 掌握步进电机的工作原理及其控制方法； 3. 设计并实施一个简单的步进电机控制系统。
实验设备本实验使用的设备包括： - PLC控制器 - 步进电机 - 电源 - 开关 - 传感器实验步骤步骤一：PLC编程1.打开PLC编程软件，并创建一个新的项目。
2.配置PLC的输入输出模块，并设置相应的IO口。
3.编写PLC的控制程序，实现对步进电机的控制逻辑。
4.调试程序，确保程序的正确性。
步骤二：步进电机的接线1.将步进电机的驱动器与PLC的输出模块连接。
2.将步进电机的电源与PLC的电源模块连接。
3.连接步进电机的传感器，以便监测电机的运动状态。
步骤三：实验验证1.通过PLC的编程软件，将编写好的程序下载到PLC控制器中。
2.打开PLC电源，确保PLC控制器正常工作。
3.通过PLC的输入模块输入控制信号，观察步进电机的运动情况。
4.通过传感器监测步进电机的运动状态，并与编写的控制程序进行比较。
实验结果通过本次实验，我们成功实现了对步进电机的精确控制。
控制程序的设计使步进电机按照预定的速度和方向运动，并且可以根据需要随时改变运动状态。
同时，通过传感器的监测，我们可以及时获取步进电机的运动信息，确保系统的稳定性和安全性。
实验总结本实验通过PLC控制步进电机，深入了解了PLC编程的基本原理和步进电机的工作原理。
通过实践，我们掌握了PLC编程的方法和步进电机控制的技巧。
在实际应用中，PLC控制步进电机具有广泛的应用前景，可以在自动化生产线、机械加工等领域中发挥重要作用。
参考文献[1] PLC步进电机控制实验教学单元.（2018）。
步进电机控制开题报告
步进电机控制开题报告一、研究背景步进电机是一种常用的电动机类型，其通过按照一定的顺序驱动电机的步进角度来实现精确控制。
步进电机广泛应用于各种自动化设备中，如机床、电子设备、3D打印机等。
因此，研究步进电机的控制方法和算法具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的本文旨在探索步进电机的控制原理和方法，通过建立电机模型，分析电机的动态特性，并设计合适的控制算法，实现对步进电机的精确控制。
三、研究内容1.步进电机的原理和结构分析：介绍步进电机的基本原理，包括转子、定子结构，转子运动的工作原理等，并分析步进电机的特点。
2.步进电机控制的数学模型建立：建立步进电机的数学模型，包括转子位置、速度、加速度等的描述方式，以便后续的控制算法设计。
3.步进电机控制算法设计：基于步进电机的数学模型，设计合适的控制算法，如开环控制、闭环控制等，以实现对电机的精确控制。
4.控制系统实现与仿真：利用软件仿真工具，对设计的步进电机控制系统进行建模和仿真，评估系统性能，并对控制算法进行优化。
5.硬件实验验证：基于硬件平台搭建步进电机控制系统，设计相应的电路和接口电路，以验证控制算法的有效性和可行性。
6.实验结果分析和讨论：分析实际实验数据，评估步进电机控制系统的性能，并对仿真结果进行对比和分析，总结实验结果并提出改进方案。
四、研究方法1.理论分析：通过文献综述和相关资料的查找，对步进电机的原理、控制方法等进行深入研究和分析。
2.数学建模：根据步进电机的结构和运动特性，建立数学模型，描述电机的运动和控制过程。
3.算法设计：基于步进电机的数学模型，设计合适的控制算法，以实现精确控制。
4.软件仿真：利用软件仿真工具（如MATLAB、SIMULINK等），对设计的步进电机控制系统进行建模和仿真，评估系统性能。
5.硬件实验：搭建实验平台，将步进电机控制系统与硬件相结合，进行实际的控制实验，并采集实验数据。
6.数据分析与结果评估：对实验数据进行分析，评估步进电机控制系统的性能，并与仿真结果进行对比和分析。
步进电机控制实验实验报告及程序
实验九步进电机控制实验姓名专业通信工程学号成绩一、实验目的1.掌握keil C51软件与proteus软件联合仿真调试的方法；2.掌握步进电机的工作原理及控制方法；3.掌握步进电机控制的不同编程方法；二、实验仪器与设备1.微机1台2.keil C51集成开发环境3.Proteus仿真软件三、实验内容1.用Proteus设计一四相六线步进电机控制电路。
要求利用P1口作步进电机的控制端口，通过达林顿阵列ULN2003A驱动步进电机。
基本参考电路见后面附图。
2.编写程序，实现步进电机的正反转控制。
正反转时间分别持续10S时间，如此循环。
3.设计一可调速步进电机控制电路。
P3.2~P3.5分别接按键k1~k4，其中k1为正反转控制按键，k2为加速按键，k3为减速按键，k4为启动/停止按键，要求速度7档（1~7）可调，加减速各设3档，复位时位于4档，要求每档速度变化明显。
该步进电机控制电路在以上电路的基础上自行修改。
四、实验原理1.步进电机控制原理：1)步进电机是利用电磁铁的作用原理，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。
每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。
特点A.来一个脉冲，转一个步距角。
B.控制脉冲频率，可控制电机转速。
C.改变脉冲顺序，可改变转动方向。
2)以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。
三相反应式步进电动机的原理结构图如下，定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。
转子有四个齿。
给A相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。
由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。
由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因。
3）三相反应式步进电动机的控制原理①三相单三拍：A 相→ B 相→ C 相→ A 相②三相六拍：A→AB →B →BC →C → CA→ A③三相双三拍：AB →BC →CA→AB4）步距角计算公式：θ—步距角 Z r—转子齿数 m —每个通电循环周期的拍数2、ULN2003A：七达林顿阵列ULN2003A是集成达林顿管反相驱动电路，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动电机、继电器等功率器件。
EDA步进电机控制
EDA技术设计报告《直流电机的PWM控制》电子信息工程学院通信2班顾问2012214485一、EDA技术概述EDA（Electronic Design Automation)技术作为现代电子设计技术的核心，它依赖功能强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL(Hardware Description Language)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合（布局布线），以及逻辑优化和仿真测试等项功能，直至实现既定性能的电子综合系统功能。
EDA技术使得设计者的工作几乎仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言HDL和EDA软件来完成对系统硬件功能的实现。
二、硬件描述语言与所用软件简介2.1、Verilog HDL硬件描述语言功能介绍Verilog HDL是一种硬件描述语言，用于从算法级、门级到开关级的多种抽象设计层次的数字系统建模。
被建模的数字系统对象的复杂性可以介于简单的门和完整的电子数字系统之间。
数字系统能够按层次描述，并可在相同描述中显式地进行时序建模。
Verilog HDL 语言具有下述描述能力：设计的行为特性、设计的数据流特性、设计的结构组成以及包含响应监控和设计验证方面的时延和波形产生机制。
所有这些都使用同一种建模语言。
此外，Verilog HDL语言提供了编程语言接口，通过该接口可以在模拟、验证期间从设计外部访问设计，包括模拟的具体控制和运行。
Verilog HDL语言不仅定义了语法，而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、仿真语义。
因此，用这种语言编写的模型能够使用Verilog仿真器进行验证。
语言从C编程语言中继承了多种操作符和结构。
Verilog HDL提供了扩展的建模能力，其中许多扩展最初很难理解。
但是，Verilog HDL语言的核心子集非常易于学习和使用，这对大多数建模应用来说已经足够。
当然,完整的硬件描述语言足以对从最复杂的芯片到完整的电子系统进行描述。
基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计
计算机控制技术课程设计报告《基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计》专业及班级______ 09自动化（1）班_________ 姓名_____ 吴红田坤王林指导老师_______ 丁健______________完成时间_______ _ 2012-6-17__________________基于protues的步进电机控制系统设计摘要：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。
一、步进电机原理、控制技术及其特点由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备….步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统的控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。
plc步进电机控制实验报告
plc步进电机控制实验报告PLC步进电机控制实验报告引言：在现代工业中，电机的运动控制是一个重要的环节。
PLC（可编程逻辑控制器）作为一种广泛应用于自动化领域的控制设备，被广泛应用于电机控制系统中。
本实验旨在通过使用PLC来控制步进电机，实现对电机的精确控制和定位。
一、实验目的本实验的主要目的是通过PLC来控制步进电机，实现对电机的精确控制和定位。
具体的实验目标如下：1.了解步进电机的工作原理和控制方式；2.掌握PLC的基本原理和编程方法；3.设计并实现一个简单的步进电机控制系统。
二、实验原理步进电机是一种能够将电脉冲信号转化为角位移的电动机。
它通过控制电流的方式来实现精确的位置控制。
步进电机的控制方式主要有两种：开环控制和闭环控制。
在本实验中，我们将使用开环控制的方式。
PLC是一种可编程的控制器，它可以根据预先编写的程序来控制设备的运行。
PLC的基本原理是通过输入模块接收外部信号，经过处理后，通过输出模块控制执行器的运动。
在本实验中，我们将使用PLC来控制步进电机的运动。
三、实验步骤1.准备工作：a.搭建步进电机控制系统，包括步进电机、PLC、电源等设备；b.连接电路，将PLC的输入模块与步进电机的控制信号线连接；c.编写PLC的控制程序。
2.程序设计：a.根据步进电机的控制方式，编写PLC的控制程序，包括控制信号的输出和控制逻辑的设计；b.根据实际需求，确定步进电机的运动方式和控制参数。
3.实验操作：a.将编写好的PLC程序下载到PLC设备中；b.启动PLC设备，观察步进电机的运动情况；c.根据实验需求，对步进电机的运动进行调试和优化。
4.实验结果分析：a.观察步进电机的运动情况，记录每次的位置和速度；b.根据实验数据，分析步进电机的控制效果和精度。
四、实验结果与讨论通过本次实验，我们成功地使用PLC来控制步进电机的运动。
通过对步进电机的控制参数进行调试和优化，我们实现了对电机的精确控制和定位。
基于proteus的步进电机电机仿真_实验设计报告
基于单片机地步进电机地驱动实验设计报告系别电子通信工程系组别第十组专业名称电子信息工程指导教师组内成员基于proteus地步进电机电机仿真摘要：步进电机广泛应用在生产实践地各个领域.它最大地应用是在数控机床地制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想地数控机床地执行元件.本设计利用proteus仿真软件进行电路仿真，系统通过设置四个按键分别控制不进电机地起止、圈数、方向、不进速度，使用1602液晶显示以上参数.整个系统具有稳定性好，实用性强，操作界面友好等优点.关键词：proteus 仿真不进电机拍数一、 Proteus简介Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发地电路分析与实物仿真软件.它运行于Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件地特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合.具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成地系统地仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真地功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等.②支持主流单片机系统地仿真.目前支持地单片机类型有：68000系列、8051系列、A VR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片.③提供软件调试功能.在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等地当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方地软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件.④具有强大地原理图绘制功能.总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身地仿真软件，功能极其强大.二、整体电路分析如下图，整个设计以STC89C51单片机为中心，由复位电路，时钟电路，电机驱动，步进电机，显示电路等组成，硬件模块如图2-1所示：图1 硬件模块图通过按键进行相应地参数设定，单片机接收到信号后经过判断驱动电机驱动模块，然后由驱动电路驱动步进电机运转，并用1602显示设置地参数.三、系统硬件电路选择与设计1、主控器地选择按照题目要求本次主控单元使用C51单片机对整个系统进行控制.STC89C51RC包含512字节RAM 、32条I/O口线、3个16位定时/计数器、8输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O口（可用于多机通信、I/O扩展或全双工UART）以及片内振荡器和时钟电路.此外，由于器件采用了静态设计，可提供很宽地操作频率范围（频率可降至0）.可实现两个由软件选择地节电模式、空闲模式和掉电模式.空闲模式冻结CPU，但RAM、定时器、串口和中断系统仍然工作.掉电模式保存RAM地内容，但是冻结振荡器，导致所有其它地片内功能停止工作.由于设计是静态地，时钟可停止而不会丢失用户数据.运行可从时钟停止处恢复.所以该单片机可以满足系统要求，电路图如下：图2 单片机最小系统电路图2、步进电机选择步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移地机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机.单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动.多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广.本设计使用地是四相三拍步进电机，连接图如下：图3 步进电机接线图3、驱动电路地选择驱动模块我们使用集成驱动芯片ULN2003，给芯片是高耐压、大电流达林顿管由七个硅N PN 达林顿管组成.该电路地特点如下：ULN2003 地每一对达林顿都串联一个2.7K 地基极电阻,在5V 地工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理地数据.ULN2003 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 地电压，输出还可以在高负载电流并行运行.1脚输入，16脚输出，你地负载接在VCC 与16脚之间，不用9脚.图4 ULN2003内部结构图图5 ULN2003管脚图ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC 、数字量输出卡等控制电路中.可直接驱动继电器等负载.所以足以满足驱动步进电机地要求，连接图如下：图6 uln2003接线图4、显示电路地LCD显示模块是把LCD显示屏、背景光源、线路板和驱动集成电路等部件构造成1个整体作为1个独立部件使用，只留1个接口与外部通信.显示模块通过这个接口接收显示地命令和数据，并按指令和数据地要求进行显示，外部电路通过这个接口读出显示模块地工作状态和显示数据.1602液晶模块内部地字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同地点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母地大小写、常用地符号和日文假名等，每1个字符都有1个固定地代码.用户对模块写入适当地控制命令，即可完成清屏、显示、地址设置等操作 .设计采用并行方式控制，LCD与单片机地通讯接口电路如图3所示采用直连地方法.D 0D 7D 1D 2D 3D 4D 5D 6R S R WE V C C V C C /V D D G N D D 714D 613D 512D 411D 310D 29D 18D 07E 6R W 5R S 4V S S 1V D D 2V E E3LM016L图7 1602显示电路接线图5键盘输入模块电路设计中，键盘采用非编码键盘系统中地独立式按 键结构.键盘工作方式采用定时扫描方式.采用定时 器TO 定时，通过输出数据，识别按键地工作状态.键 盘主要用来提供人机接口，电路如图3所示，采用独立 式按键电路，各按键开关均采用了上拉电阻，保证在按 键断开时，各I ／O 有确定地高电平.按键功定义如 下：当P3．2按下时，步进电机开始加速；当P3．3按下 时，步进电机开始减速；当P3．4按下时，步进电机开始 正转；当P3．5按下时，步进电机开始反转.按键抖动地消除采用软件消抖实现.连接图如下：图8 按键接连接图四、系统软件设计 1、软件流程图图9 系统流程图2程序代码见附件.五、总结采用模块程序设计，逐个模块调好以后，再进行系统程序总调试.利用仿真软件Proteus及KeilC5l进行调试. 系统实现了可程序设定和显示步进角、步进方向和步进速度，支持用开关量单独控制步进电机地转向，转速.电路简单可靠，结构紧凑，控制灵活，成本低，可移植性强.经实验验证，本系统对步进电机地各项控制都能达到比较理想地效果，具有较高地实用价值.通过此次课程设计，我不仅将知识融会贯通，而且在查找资料地过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了很大地提高，让我学会了理论到实践地转化，即如何将自己学到地运用到以后地生活和工作中，同时，也让我意识到团队精神地重要性.此外，感谢丁老师地悉心教导以及同学地帮助，正是王老师细心地辅导和提供地一些参考资料还有同学们地互相帮助，让我顺利地完成了毕业设计，相信这对我以后地生活和工作都会有很大地帮助.六参考文献[1]徐薇莉，曹柱中．控制理论与设计[M]．上海：上海交通大学出版社．2003．[2]黄坚．自动控制原理及其应用[M]．北京：高等教育出版社， 2004．[3]先锋工作室．单片机程序设计实例[M]．北京：清华大学出版社， 2003．’[4]王幸之，钟爱琴．AT89系列单片机原理及接口技术[M]．北京：北京航天大学出版社，2004．[5]康华光，陈大钦．模拟电子电路[M]．北京：高教育出版社，2004．七附录（1） 整体电路图G N DS1S2S3S4A B C DS 1S 2S 3S 4D 0D 7D 0D 7D 1D 2D 3D 4D 5D 6R S R WE D0D1D2D3D4D5D6D7V C C V C C /V D D G N D D 1D 2D 3D 4D 5D 6R S R W E D A B C X T A L 218X T A L 119A L E 30E A31P S E N 29R S T9P 0.0/A D 039P 0.1/A D 138P 0.2/A D 237P 0.3/A D 336P 0.4/A D 435P 0.5/A D 534P 0.6/A D 633P 0.7/A D 732P 1.01P 1.12P 1.23P 1.34P 1.45P 1.56P 1.67P 1.78P 3.0/R X D 10P 3.1/T X D 11P 3.2/I N T 012P 3.3/I N T 113P 3.4/T 014P 3.7/R D17P 3.6/W R 16P 3.5/T 115P 2.7/A 1528P 2.0/A 821P 2.1/A 922P 2.2/A 1023P 2.3/A 1124P 2.4/A 1225P 2.5/A 1326P 2.6/A 1427U1AT89C51D 714D 613D 512D 411D 310D 29D 18D 07E 6R W 5R S 4V S S 1V D D 2V E E3LCD2LM016L1B 11C 162B 22C 153B 33C 144B 44C 135B 55C 126B 66C 117B77C10COM 9U2ULN2004A起始键圈数键方向键速度键-4.81234567891RP1RESPACK-8（2）程序代码#include <reg51.h> #include <intrins.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int#define delayNOP()。
步进电机实验报告(1)
步进电机控制实验一、实验目的步进电机作为一种数字控制电机，可以准确的控制角度和距离应用非常广泛，本实验利用SPCE061A单片机通过自己编写程序实现步进电机的控制使我们加深对步进电机的了解，同时学会使用步进电机的驱动芯片WZM-2H042M。
另外要求我们掌握单片机控制步进电机的硬件接口电路，以及熟悉步进电机的工作特性。
二、实验内容根据步进电机驱动电路，使用单片机驱动步进电机，控制步进电机正转、反转操作。
三、实验要求按实验内容编写程序，并在实验仪上调试和验证。
四、实验说明1．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20个励磁信号来计算，则每个励磁信号前进18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。
2．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。
a．1相励磁法：在每一瞬间只有一个线圈导通。
消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每送一励磁信号可走18度。
若欲以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。
若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。
励磁顺序： A→B→C→D→AA B C DSTEP1 1 0 0 02 0 1 0 03 0 0 1 04 0 0 0 1b．2相励磁法：在每一瞬间会有二个线圈同时导通。
因其转矩大，振动小，故为目前使用最多的励磁方式，每送一励磁信号可走18度。
若以2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图所示。
若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。
励磁顺序： AB→BC→CD→DA→ABSTEP A B C D1 1 1 0 02 0 1 1 03 0 0 1 14 1 0 0 1c．1-2相励磁法：为1相与2相轮流交替导通。
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单片机原理与应用课程设计说明书题目：步进电动机控制系统设计系部：专业：班级：2013级1班学生姓名: 学号:指导教师:2013年 6 月22 日目录1.项目设计任务与要求 (1)2．项目设计方案 (1)2.1设计思路 (1)2.2器件选择方案 (1)2.2.1 单片机的选择 (1)2.2.2 AT80C51的主要性能 (1)2.2.3 AT80C51引脚图 (2)2.2.4 管脚作用： (2)2.2.5 四相步进电动机工作原理 (3)3 .硬件电路设计 (5)3.1步进电动机介绍 (5)3.2 步进电动机控制系统电路设计 (5)3.3步进电动机驱动电路 (5)3.4按键与指示电路 (6)3.5晶振电路和复位电路 (8)4.项目软件设计 (9)5.项目仿真与调试 (12)5.1程序的调试 (12)5.2步进电动机控制系统仿真 (13)5.2.1步进电动机正转仿真 (13)5.2.2步进电动机反转仿真 (14)5.2.3步进电动机停止仿真 (14)6.结论 (15)7.附录 (16)参考文献 (18)1.项目设计任务与要求使用80C51单片机对四相步进电动机进行控制，使其能够顺时针或逆时针旋转。
1)电动机运行平稳，正反转控制自如；2）根据要求改变运行圈数和运行速度；3)写出详细的电路工作原理、参数计算；4)画出仿真电路图；5)仿真测试并记录结果。
2．项目设计方案2.1设计思路步进电动机驱动原理如下：单片机发出脉冲信号，控制步进电动机定子的各相绕组以适当的时序通、断电，使其作步进式旋转。
四相步进电动机各相绕组的通电顺勋可以单四拍（A→B→C→D）、双四拍（AB→BC→CD→DA）和单双八拍（A→AB→B→BC →C→CD→D→DA）的方式进行。
按上述顺序切换，步进电动机转子按顺时针方向旋转。
若通电顺序相反，则电动机转子按逆时针方向旋转。
2.2器件选择方案2.2.1 单片机的选择本设计采用AT80C51单片机，80C51单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且其功耗低、体积小、价格便宜、耗电低、技术成熟和成本低等优点。
许多功能部件集成在芯片内部，其信号通道受外接影响小，可靠性高，控制能力强，运行速度快等特点。
2.2.2 AT80C51的主要性能1．与STC89C52 单片机产品系列兼容；2．片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器；3.存储数据保存时间为10年；4.宽工作电压范围：VCC可为2.7V到6V；5.全静态工作：可从0Hz至16MHz ；6.程序存储器具有3级加密保护；7.128*8位内部RAM；8.32条可编程I/O线；9.两个16位定时器/计数器；10.中断结构具有5个中断源和2个优先级；11.可编程全双工串行通道；12.空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。
2.2.3 AT80C51引脚图图1 80C51 PDIP封装引脚图2.2.4 管脚作用：VCC：电源电压，AT80C51电源的正极输入端，接+5V电压使AT80C51单片机正常工作。
是单片机的电源提供端口。
GND：接地。
P0：P0口(P0.0～P0.7)是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线（低8位）和数据总线复用。
外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I／O口用P0口每一个引脚可以推动8个LSTTL负载。
P1：P1口(P1.0~P1.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O 口)，其输出可以推动4个LSTTL负载。
仅供用户作为输入输出用的端口。
P2：P2口(P2.0~P2.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O口)，当访问外部程序存储器时，它是高8位地址。
外部不扩展而单片应用时，则作一般双向I／O口用。
每一个引脚可以推动4个LSTL负载。
P3：P3口(P3.0~P3.7)口是具有内部提升电路的双向I/0端口(准双向并行I/O 口)，它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能。
其特殊功能引脚分配如下：P3.0 RXD串行通信输入。
P3.1 TXD串行通信输出。
P3.2 INT0外部中断0输入，低电平有效。
P3.3 INT1外部中断1输入，低电平有效。
P3.4 T0计数器0外部事件计数输入端。
P3.5 T1计数器1 外部事件计数输入端。
P3.6 WR外部随机存储器的写选通，低电平有效。
P3.7 RD外部随机存储器的读选通，低电平有效。
RST：复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
PSEN：外部程序存储器的选通信号。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
EA/VPP：片内片外程序储存器选择控制端。
PSEN：片外程序储存器（ROM）选通线。
2.2.5 四相步进电动机工作原理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。
正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。
如下所示的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2是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图2 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。
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3所示：图3 步进电机工作时序波形图3 .硬件电路设计3.1步进电动机介绍步进电动机是工业过程中一种能够快速启动、反转和制动的执行机构，其功能是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。
作为一种数字伺服执行机构，它具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点，广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。
本次设计，通过软件和硬件的结合实现步进电机的启停、正转、反转、加速、减速功能，并且步进电机所处的状态用相应的发光二极管显示。
主要通过三大块来设计，包括驱动电路的设计、状态显示部分和按键部分是设计。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而精确地控制转动角度；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的角度和加速度，从而达到调速的目的。
3.2 步进电动机控制系统电路设计步进电动机控制系统电路原理图如图4所示。
图4 步进电动机控制系统电路原理图图中除单片机、晶振电路、复位电路外，还包括步进电动机驱动电路，另外使用了3个按键S1～S3与3个发光二极管D1～D3，用来控制与指示电动机的正转、反转与停止，还使用了四个发光二极管D4～D7，作为步进电动机转动步数的指示。
3.3步进电动机驱动电路常用的小型步进电动机集成驱动电路为ULN2003。
ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，可用于采用单片机控制的各类小型电动机的驱动。
ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003采用DIP—16或SOP—16塑料封装。
ULN2003内部结构即等效电路如图5所示。
图5 ULN2003的内部结构（a）内部结构（b）等效电路引脚1～7作为输入，引脚16～10作为输出，8脚接地，9脚接+5V电源，如果1脚接高电平1，则16脚输出低电平0。
ULN2003的驱动电流可达500mA。
图4中用P1.0～P3.2作为步进电动机驱动信号输出口，输出信号经ULN2003达林顿管进行电流放大后，驱动步进电动机运行。
3.4按键与指示电路P3.0～P3.2作为按键K1～K3的输入接口，K1～K3分别是正转、反转和停止按键。
如图6按键链接电路图。
图6 按键链接电路图P0.0～P0.2接了三个LED发光二极管D1～D3，用来指示当前步进电动机的正转、反转和停止运行情况，还使用了四个发光二极管D4～D7，作为步进电机转动步数的指示。
如图7和图8指示图。
图7 电动机工作指示链接电路图图8 步进电机转动步数的指示链接图3.5晶振电路和复位电路晶振电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高CPU的速度，本次设计采用的晶振为12MHz。
如图9晶振电路和复位电路链接图。
图9 晶振电路和复位电路链接图4.项目软件设计本项目的关键在于步进电动机通电序列的控制，表1给出了四相步进电动机的单四拍、双四拍与单双八拍三种通电模式。
表1 四相步进电动机的三种通电模式系统主程序框图如图10所示。
选择让四相步进电动机工作于单双八拍方式，按下正转键实现正传三圈，按下反转键实现反转三圈，按下停止键，立即停步。
设步进电动机的步进角为9°，C51语言程序设计如下：#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code FFW[]={ 0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}; //步进电动机正转八拍A→AB→B→BC→C→CD→D→DAuchar code REV[]={ 0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01}; //步进电动机反转八拍AD→D→DC→C→CB→B→-BA→Asbit K1 = P3^0; //正转按键sbit K2 = P3^1; //反转按键sbit K3 = P3^2; //停止按键void DelayMS(uint ms) //延时程序{uchar i;while(ms--){for(i=0;i<120;i++);}}void SETP_MOTOR_FFW(uchar n) //步进电动机正转{uchar i,j;for(i=0;i<5*n;i++) //步进电动机的步距角为每拍9°，八拍为72°，转一圈需要五个八拍{for(j=0;j<8;j++){if(K3 == 0) break; //按下停止按键则跳出循环P1 = FFW[j];DelayMS(500);}}}void SETP_MOTOR_REV(uchar n) //步进电动机反转{uchar i,j;for(i=0;i<5*n;i++) //步进电动机的步距角为每排9°，八拍为72°，转一圈需要五个八拍{for(j=0;j<8;j++){if(K3 == 0) break; //按下停止按键则跳出循环P1 = REV[j];DelayMS(500);}}}void main(){uchar N = 3;while(1){if(K1 == 0) //当按键K1按下时，步进电动机开始正转三圈{P0 = 0xfe;SETP_MOTOR_FFW(N);if(K3 == 0) break;}else if(K2 == 0) //当按键K2按下时，步进电动机开始反转三圈{P0 = 0xfd;SETP_MOTOR_REV(N);if(K3 == 0) break; //当按键K3按下时，步进电动机停转}else{P0 = 0xfb; //待机状态时，停止指示灯亮P1 = 0x03; //P1.0和P1.1口处于高电平}}}5.项目仿真与调试5.1程序的调试把编好的程序（包括正反转程序、停止程序、显示程序等）合理安排好结合到一起用uVision3 IDE软件进行编译。