智能化电子系统设计报告

摘要

步进电机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移或线位移的电磁装置是

一种特殊的电动机。在非超载情况下，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

误差而无累积性误差的特点使的在速度，位置等控制领域用步进电机来控制

变的非常简单。由于其精确性和良好的性能在实际当中得到了广泛的应用。

本设计采用单片机对步进电机进行控制。通过I/O口输出的具有时序的方波

作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2803驱动步进电机。并用数码

管显示步进电机的转速，采用74LS04作为数码管的显示驱动，从单片机输入

信号。

关键词：单片机步进电机

Abstract:

Stepper motor is a pulse signal will be converted into the corresponding angular displacement or linear displacement of the magnetic device is a special kind of motor. In the non-overload conditions, the motor speed and stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regardless of load changes, that is, to add a pulse motor, the motor is turned to a step angle. The existence of this linear relationshi p, with only periodic error stepping motor without the characteristics of cumulative error to the speed, position and other control areas to control the stepper motor becomes very simple. Because of its accuracy and good performance in practice has been widely used. This design uses a microcontroller to control the stepping motor. Through the I / O port output timing of the square wave with a stepper motor control signals, signals through the chip ULN2803 drive stepper motor. With digital control the stepper motor speed, using 74LS04 as digital tube display driver, the input signal from the microcontroller.

Keywords: Stepper motor microcontrolle

1前言（绪论）

步进电机是根据组合电磁铁的理论设计的，是一种把电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移，并用电脉冲信号进行控制的特殊运行方式的同步电动机。在数字控制系统中执行元件。他通过专用电源把电脉冲按一定的顺序供给定子各相控制绕组，在气隙中产生类似于旋转的脉冲磁场。每输入一个脉冲信号，电动机就一栋一步，因此，步进电机又称为脉冲电动机。

步进电机将脉冲信号转换成的机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比，通过改变电脉冲频率，可在大范围内调速，同时，该带你及还能快速起动、制动、反转和自锁。此外，步进电机易于实现与计算机或其他数字元件接口，适用于数字控制系统，并可以取得较高的控制精度，系统硬件实施比较简单。

本文介绍的设计方案是基于单片机的步进电机运行控制系统。在这个控制系统中，控制器是它的核心，因为它担负着产生脉冲，发送‘接受控制命令等任务。该系统的步进电机驱动控制电路，采用低价的STC89C52为控制器，可直接对步进电机进行控制，省去了昂贵的专用步进电机控制器，简化了硬件线路，降低了成本，提高了系统的可靠性。

步进电机是纯粹的数字控制电动机。他将电脉冲信号转换成角位移，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。近几十年来，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展，为步进电机的应用开辟了广阔的前景。

2总体方案设计

方案论证及比较：

方案一：使用多个功率放大器驱动电路

通过使用不同的放大电路和不同的器件，可以达到不同的放大要求，放大后能够得到较大的功率。但是由于使用的是四相步进电机，就需要对四路信号就行分别放大，由于放大电路很难做到一致，当电机的功率较大时余兴起来会不稳定，而且电路的制作比较复杂。

方案二：使用ULN2803芯片驱动电机

ULN2803可以驱动2个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可以达到50V可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机I/O口提供信号，而且电路简单，使用方便。

通过比较使用ULN2803芯片充分发挥了他的功能，能稳定的驱动步进电机，且价格不高。故选用ULN2803驱动电机。而使用时直接用单片机模拟出时序信号，控制较简单。

3单元模块设计

3.1各单元模块功能介绍及电路设计；

电源用USB连接器连接外部电源提供稳定的5V电源；用单片机控制电机的运行方式；用ULN2803作为驱动电路连接数码管和步进电机；用数码管来显示步进电机当前的运行状态。

3.1.1复位电路

为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即

4.75～

5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源

上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作

3.1.2

3.2电路参数的计算及元器件的选择

单片机STC89C52

USB连接器

光电耦合管521-1

74HC123

74HC541

74HC573

74LS04

数码管LED-SM

ULN2803

MAX232

P6KE5.0A

P6KE6.8A

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