基于单片机的步进电机控制器设计(八按键)

基于单片机的步进电机控制器设计

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班级：自动化xxxx学号：xxxx

摘要：本设计是用80C51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。整个系统采用模块化设计,结构简单可靠,通

过按键控制操作方便节省成。

关键词：步进电机单片机 peoteus仿真

1绪论

1.1课题研究的目的和意义

电机是工业发展不可缺少的一大要素，在工业生产中有着重要的作用。随着科技的发展，电机在控制领域的适用范围越来越广。步进电机是一种开环控制的电机，它不需要反馈电路。它是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号变成角位移，当给它一个电脉冲时，它就转动一个步进脚。步进电机的运转具有很好的精准性，它按照固定的角度旋转，我们可以通过控制电脉冲频率来控制电机的转速。近30年来，电子计算机永磁材料的快速发展，推动了步进电机的发展，因此步进电机的应用有着广阔的前景。

步进电机有以下特点：（1）步进电机的角位移与输入脉冲成正比，没有累计误差。（2）步进电机与驱动电路组成的系统，简单而又廉价。（3）易于控制，能快速启动和停止，方便控制方向和转速。（4）步进电机不能直接使用交流直流电源。

由于步进电机能够精准定位和方便调速，它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，使步进电机的控制发生了很大的变革。步进电机的明显优势被广泛应用在电子计算机的许多外围设备中，如传真机、软盘驱动器等，同时步进电机也在军用仪器、通信和雷达设备、摄影系统、光电组合装置中，甚至在航天工业的系统也有其发挥的作用。因此对步进电机的研究深为重要。

1.2国内外研究现状

步进电机在我国很早的时候就已经得到使用，早在文革时期，中国的江浙、四川、南京等地都有一定规模的生产和应用。当时步进电机驱动电路的所有半导体器件，例如逻辑运算电路、电容耦合计数器、触发器等国内都可以完全自主生产。

步进电机在国外的应用主要是低功率场合，例如工业设备、打印机、传真机、软盘驱动器、医疗设备。由于现代科技的迅速发展，在国外步进电机在驱动方面的应用逐渐被代替。

目前日本是步进电机最大的生产国，如日本伺服公司、东方公司、SANYO DENKI和NPM公司等。世界上步进电机生产最好的公司是日本东方公司，性能、质量、生产方法都是一流的。每年日本的

步进电机销量达3亿台。

国内七十年代后期，步进电机广泛应用于卫星和雷达场合。当时已经生产出来圆形力矩电机，但是在一些高质量控制应用中，我们还不能使用步进电机。到了八十年代国内已经掌握了步进电机的细分控制。

经过多年的发展，步进电机功能更加强大，种类也很繁多。步进电机以它显著的优点在工业生产和自动化控制中占据着不可动摇的地位。伴随着科技的发展，步进电机将在更多的领域内应用。1.3 课题主要研究内容和要求

本设计采用单片机80C51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。此外我用一个四位数码管显示电机转速，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，并在数码管上显示出来。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 步进电机的控制方案—基于单片机的控制

单片机控制步进电机实现了软件和硬件相结合的控制方式。该系统采用了单片机直接控制步进电机的各相驱动线路。由于单片机的可扩展性强，我们还可以开发一些其他功能，例如独立按键控制转速、转向，再加入数码管显示电机转动速度。

单片机对电机的控制有以下好处：

（1）使电路更加简单，采用电子电路为了实现控制逻辑需要很多电子元件，而单片机绝大多数的控制电路都可以通过软件实现。

（2）可以实现较复杂的控制，单片机有更强的逻辑功能，运算速度快，精度高，有大量的存储单元。

（3）灵活性和适应性，用单片机只需要改变程序就可以达到控制的要求。

（4）无零点漂移，控制精度高。

（5）可提供人际交换，多级联网工作。

根据设计要求，采用的方案如下：硬件部分实现电机转动和速度显示功能，包括控制开关模块；电机转动模块和速度显示模块。软件部分实现对步进电机的控制功能，主要设计思想通过控制台控制程序的开关来控制电机的转动，由电机反馈回来的数据经单片机控制显示器显示数据。

3系统硬件设计

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。

3.1控制电路

根据系统的要求，按键输入部分设置了顺时针控制、逆时针控制、加速控制、减速控制和停止、电机三种启动方式选择按键。控制电路如图所示，当按下按键，内部程序检测P3.0~P3.7的状态变化调用相应的启动和转向程序，从而实现系统的电机的启动和正反转控制。

根据步进电机的工作原来可以知道，步进电机的转速主要通过控制通入电机的脉冲频率，从而控制电机的转速。对单片机而言，主要的方法有：软件延时和定时中断，在此电路中电机的转速控制主要是通过软件延时控制，本设计是根据操作者设定的转速大小依据一定的公式计算得到变量maichong 的大小，通过延时程序改变电机转动一个步进角的时间，从而改变电机转动的快慢。

系统总体结构图

独立按键控制模块 单片机最小系统 数码管显示 电机驱动模块 步进电机