基于单片机的步进电机多轴运动控制系统设计

摘要

步进电机是将电脉冲信号转变成角位移的执行机构，其转速、停止位置只与脉

冲信号的频率和脉冲数有关，具有误差小，易控制等特点，广泛应用于机械、电子、

纺织、化工、石油等行业。尤其是在医疗行业中，比如在X 光扫描方面，都会用到

电机，步进电机的优点使其成为医疗行业里最为适用的电机。本设计中的多轴控制

系统可以运用在X 光扫描仪等多种仪器上。

本设计选用STC89C55RD+型单片机作为核心控制单元，实现M35SP-7 型步进电机的多轴运动控制，并通过RS232 串口实现与上位PC 机通讯功能。设计中运用单

片机软件编程方式实现步进电机环形分配器功能，用P1.0 口、P1.1 口、P1.2 口和

P1.3 口分别控制四相步进电机的A 相、B 相、C 相和D 相绕组的通电顺序，软件上采用查表方法实现单双八拍工作方式环形脉冲分配。步进电机驱动部分采用

ULN2003A 驱动芯片，实现功率放大，驱动步进电机。最后使用Proteus 软件绘制

了单片机控制步进电机多轴运动的原理图。上述设计经实验验证是有效可行的。

关键词单片机，步进电机，多轴运动，串口通讯

Abstract

Stepper motor is an implementing mechanism that convert the electronic pulse into

angle displacement.Its speed and the stop position only about the frequency and pulse several of the pulse signal,its characteristics are minor error,easy to control and so on,it

is widely applied to mechanical, electronic, textile, chemical, oil, etc. Especially in the

medical industry,such as an x-ray scanning,need motors.Stepper motor's advantages

make it become the most suitable medical industry machine.The multi-axis control system in the design can be used on a variety of instruments such as an x-ray scanning.

This design choose STC89C55RD + SCM as the core of the control unit,to realize

M35SP-7 type stepper motor's multi-axis control,and use RS232 serial to realize PC communication function.This design use SCM software programming realize stepper

motor circular distribution function,P1.0, P1.1, P1.2 and P1.3 respectively controlling

A, B, C and D phases' electricity order on the four phase step motor's.Software is used

on look-up table method teak eight single working way circular pulse distribution.This

design use ULN2003A realize power amplifier to drive stepper motor.Finally using Proteus to draw the principle diagram of the SCM control stepper motor multi-axis motion.The above design experiments showed is effective and feasible.

Keywords：SCM, Stepper Motor, Multi-axis motion, serial communication

目录

第一章引言 (1)

1.1 选题背景 (1)

1.2 研究意义 (1)

1.3 发展状况 (2)

1.4 课题主要研究的内容 (3)

第二章控制系统硬件设计 (4)

2.1 单片机控制系统原理 (4)

2.1.1 单片机的种类 (4)

2.1.2 单片机的发展历程 (4)

2.1.3 51 单片机的引脚安排 (5)

2.1.4 单片机的结构 (7)

2.2 步进电机 (11)

2.2.1 M35SP-7 步进马达的性能参数 (12)

2.2.2 步进电机原理 (13)

2.2.3 驱动控制系统组成 (18)

2.2.4 步进电机的应用 (21)

2.2.5 步进电机的单片机控制 (22)

2.2.6 步进电机的多轴联动 (23)

2.3 ULN2003A驱动芯片 (24)

第三章上位机通讯设计 (26)

3.1 RS232 通信 (26)

3.1.1 RS232 的电气特性 (27)

3.1.2 连接器的机械特性 (28)

3.1.3 RS232 的接口信号 (30)

第四章系统的软件设计 (34)