单片机的步进电机控制系统
步进电机因为速度、位置等控制方面良好的可控性，而广泛被应用的电机。我采用52单片机为系统的控制核心，电源模块、ULN2003驱动模块、数码管作为显示模块和步进电机组成一个完整的硬件系统。用单片机所发出的时序方波作为步进电机的控制组成，然后将电平信号传输到ULN2003驱动模块，达到驱动电机的转动的控制。电机的四个速度等级是通过按键进行速度的加减控制的，电机的正反转动是通过按键可以控制电机进行的，以达到工业所需的要求。
目录
一、 前言 1
（一） 研究背景 1
（二） 研究任务 1
二、 系统整体设计 2
（一） 方案论证 2
1. 控制模块 2
2. 驱动模块 3
3.显示模块 3
4. 电源模块 3
（二） 最终方案 3
三、 系统的硬件设计 6
（一） 单片机最小系统 4
（二） 驱动模块 5
（四） 电机模块 6
（五） 按键模块 7
四、 系统软件设计 8
（一） 系统程序 8
（二）读键盘子程序 9
（三） 处理子程序 10
（四）中断子程序 11
（五） 使用Keil C51编写程序 12
五、 系统调试 13
（一） 调试步骤 13
（二）调试的注意事项 13
（三）软件调试 13
结束语 14
参考文献 15
致谢词 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元器件清单 19
附录四 实物图 20
附录五 源程序 21
一、 前言
（一） 研究背景
随着工业的飞速发展和进步，电机已经是当今社会中必不可少的一份子。
广泛的应用与各个领域。随着科技的进步永磁材料、计算机技术、单片机等技术的发展，逐渐的将单片机技术融入到工业生产中加强了对于电机控制的精准度。
我所的设计的步进电机是一种通
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过电脉冲信号来进行定角的转动控制，与其他电机相比存在着许多其他电机无法满足的优点。例如电机的开环控制和没有积累误差是它最具有竞争力的优点。从而满足工业生产和和生活中对于调速和精确定位的要求。
由于步进电机容易控制转动的步距值不会受电压、温度等因素的影响，所以电机运行的时候稳定系数较高，在打印机、照相机等电子产品中有着非常广泛的应用；在工业控制中也有步进电机的使用比如数控机床、医用器械和机器人等动力源。如此高的使用率的情况下，提高电机控制的精确度、反应速度以及他的效率的提高对于节约能源具有重要的研究意义。
（二） 研究任务
本设计是基于单片机的步进电机控制系统的设计，是通过单片机所发出的电脉冲信号用来传输给ULN驱动模块，已达到对于电机转动的精确控制；系统上有、减速按键、加快按键、暂停按键、启动按键四个按键以满足功能的需求。首先需要做的是根据设计的要求绘制相应的原理图，根据原理图结合价格、功能等元器件条件进行各个模块的硬件选择。其次是对于软件部分的设计，最后对比设计要求进行实物的调试。
本设计应该具备以下功能：
电机的正反转的控制
开始与停止的控制
电机加速与减速的控制
用数码管来显示速度与转向灯的参数
二、 系统整体设计
本设计采取52单片机的最小系统和数码管显示模块、按键模块、干电池电源模块、ULN驱动模块组成单片机的精确控制系统。其中单片机的最小系统是其整个系统的核心组成。设计用单片机所发出的时序方波作为电机的控制组成，然后将电平信号传输到ULN2003驱动模块，达到驱动电机的转动的控制。电机的四个速度等级是通过按键进行速度的加减控制的，电机的正反转动是通过按键可以控制电机进行的。电机的正反转动也可以用按键来调节。系统框图如图21所示：
图21系统框图
（一） 方案论证
1. 控制模块
作为本系统的控制核心， 要想精确的控制电机的转速以及精确的转速，那么控制芯片的运算能力以及他的精确度和抗干扰能力是我所要的。
方案一 采取52单片机作为我的设计的微处理器。单片机可以是原本非常繁杂的控制方式变得非常简化。使用C语言程序的拜那些很好的解决了控制精度差的专业难题。与按键模块、显示模块的有机组成，是系统交互性有了非常明显的提升
方案二 采取FPGA（可编程门阵列）作为系统的处理器。FPGA是将所有的元器件都集成在芯片中，是的其运算能力强，体积小处理速度快等优点。
对于两种方案来讲的话，他们的运算速度，抗干扰性以及功耗等特点都符合我的设计要求，在运算方面FPGA的运算能力更高。但是用于视力保护器FPGA未免显得大材小用了，提高了整个设计的成本，不利于视力保护器的市场推广。所以我选择方案一作为控制器。
2. 驱动模块
方案一 采用分压电路模块，通过电阻以及电位器调节电机的电压，得到调节电机的速度的要求。
方案二 采取ULN2003驱动芯片，利用芯片的高耐压以及大电流的特点，驱动电机的运行。
对比了两种方案，我发现如果采用电阻电位器来调节电机的速度只能实现有级调节，但我所用的步进电机的电阻很小，而电流很大。采用分压式的电位器的调节很难实现设计要求。所以我采用驱动芯片作为我的驱动模块。
3.显示模块
方案一 数值的变化采取1622液晶显示屏来显示
方案二 数码管来显示数值的改变
本设计显示出相应的正反转与转速就可以了。用1622液晶显示屏太过于浪费。所以选择方案二
4. 电源模块
方案一 把干电池用作本电机的供电模块。
方案二 把USB接口用作电机的供电模块
对于这两种方案而言，如果采取USB的话使用并不方便，使用电池盒增加了视力保护器的灵活性，所以我选择方案一。
（二） 最终方案
经过详细的方案论证，最终具体方案如下：
控制模块：采取52单片机
驱动模块 ： ULN2003驱动芯片
显示模块 : 数码管
电源模块 ：电池
电机：步进电机 三、系统的硬件设计
（一） 单片机最小系统
我的设计所使用的STC89C52单片机作为整个系统的主要控制芯片，其工作原理是：通过单片机的最小系统用来驱动单片机进行工作，用温度传感器DS18B20采集当前的环境温度，经过内部运算输出数字信号给单片机。把调制脉宽信号，用作变化电机的有效转速度，就可以达到无极变速了。
复位电路、晶振电路以及电源电路组成单片机的最小系统。晶振电路实际上是一个反相放大器，单片机是速度的提供者，主要功能是启动，即当单片机的频率使其正常工作。
单片机的复位电路是用来解决电容和电阻的一个小的电路组成，通俗来讲就像是电脑的一个刷新按钮，在电脑发生卡顿和系统崩溃时。进行刷新，使电脑可以重新运行。具体电路如图31
目录
一、 前言 1
（一） 研究背景 1
（二） 研究任务 1
二、 系统整体设计 2
（一） 方案论证 2
1. 控制模块 2
2. 驱动模块 3
3.显示模块 3
4. 电源模块 3
（二） 最终方案 3
三、 系统的硬件设计 6
（一） 单片机最小系统 4
（二） 驱动模块 5
（四） 电机模块 6
（五） 按键模块 7
四、 系统软件设计 8
（一） 系统程序 8
（二）读键盘子程序 9
（三） 处理子程序 10
（四）中断子程序 11
（五） 使用Keil C51编写程序 12
五、 系统调试 13
（一） 调试步骤 13
（二）调试的注意事项 13
（三）软件调试 13
结束语 14
参考文献 15
致谢词 16
附录一 原理图 17
附录二 PCB图 18
附录三 元器件清单 19
附录四 实物图 20
附录五 源程序 21
一、 前言
（一） 研究背景
随着工业的飞速发展和进步，电机已经是当今社会中必不可少的一份子。
广泛的应用与各个领域。随着科技的进步永磁材料、计算机技术、单片机等技术的发展，逐渐的将单片机技术融入到工业生产中加强了对于电机控制的精准度。
我所的设计的步进电机是一种通
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
过电脉冲信号来进行定角的转动控制，与其他电机相比存在着许多其他电机无法满足的优点。例如电机的开环控制和没有积累误差是它最具有竞争力的优点。从而满足工业生产和和生活中对于调速和精确定位的要求。
由于步进电机容易控制转动的步距值不会受电压、温度等因素的影响，所以电机运行的时候稳定系数较高，在打印机、照相机等电子产品中有着非常广泛的应用；在工业控制中也有步进电机的使用比如数控机床、医用器械和机器人等动力源。如此高的使用率的情况下，提高电机控制的精确度、反应速度以及他的效率的提高对于节约能源具有重要的研究意义。
（二） 研究任务
本设计是基于单片机的步进电机控制系统的设计，是通过单片机所发出的电脉冲信号用来传输给ULN驱动模块，已达到对于电机转动的精确控制；系统上有、减速按键、加快按键、暂停按键、启动按键四个按键以满足功能的需求。首先需要做的是根据设计的要求绘制相应的原理图，根据原理图结合价格、功能等元器件条件进行各个模块的硬件选择。其次是对于软件部分的设计，最后对比设计要求进行实物的调试。
本设计应该具备以下功能：
电机的正反转的控制
开始与停止的控制
电机加速与减速的控制
用数码管来显示速度与转向灯的参数
二、 系统整体设计
本设计采取52单片机的最小系统和数码管显示模块、按键模块、干电池电源模块、ULN驱动模块组成单片机的精确控制系统。其中单片机的最小系统是其整个系统的核心组成。设计用单片机所发出的时序方波作为电机的控制组成，然后将电平信号传输到ULN2003驱动模块，达到驱动电机的转动的控制。电机的四个速度等级是通过按键进行速度的加减控制的，电机的正反转动是通过按键可以控制电机进行的。电机的正反转动也可以用按键来调节。系统框图如图21所示：
图21系统框图
（一） 方案论证
1. 控制模块
作为本系统的控制核心， 要想精确的控制电机的转速以及精确的转速，那么控制芯片的运算能力以及他的精确度和抗干扰能力是我所要的。
方案一 采取52单片机作为我的设计的微处理器。单片机可以是原本非常繁杂的控制方式变得非常简化。使用C语言程序的拜那些很好的解决了控制精度差的专业难题。与按键模块、显示模块的有机组成，是系统交互性有了非常明显的提升
方案二 采取FPGA（可编程门阵列）作为系统的处理器。FPGA是将所有的元器件都集成在芯片中，是的其运算能力强，体积小处理速度快等优点。
对于两种方案来讲的话，他们的运算速度，抗干扰性以及功耗等特点都符合我的设计要求，在运算方面FPGA的运算能力更高。但是用于视力保护器FPGA未免显得大材小用了，提高了整个设计的成本，不利于视力保护器的市场推广。所以我选择方案一作为控制器。
2. 驱动模块
方案一 采用分压电路模块，通过电阻以及电位器调节电机的电压，得到调节电机的速度的要求。
方案二 采取ULN2003驱动芯片，利用芯片的高耐压以及大电流的特点，驱动电机的运行。
对比了两种方案，我发现如果采用电阻电位器来调节电机的速度只能实现有级调节，但我所用的步进电机的电阻很小，而电流很大。采用分压式的电位器的调节很难实现设计要求。所以我采用驱动芯片作为我的驱动模块。
3.显示模块
方案一 数值的变化采取1622液晶显示屏来显示
方案二 数码管来显示数值的改变
本设计显示出相应的正反转与转速就可以了。用1622液晶显示屏太过于浪费。所以选择方案二
4. 电源模块
方案一 把干电池用作本电机的供电模块。
方案二 把USB接口用作电机的供电模块
对于这两种方案而言，如果采取USB的话使用并不方便，使用电池盒增加了视力保护器的灵活性，所以我选择方案一。
（二） 最终方案
经过详细的方案论证，最终具体方案如下：
控制模块：采取52单片机
驱动模块 ： ULN2003驱动芯片
显示模块 : 数码管
电源模块 ：电池
电机：步进电机 三、系统的硬件设计
（一） 单片机最小系统
我的设计所使用的STC89C52单片机作为整个系统的主要控制芯片，其工作原理是：通过单片机的最小系统用来驱动单片机进行工作，用温度传感器DS18B20采集当前的环境温度，经过内部运算输出数字信号给单片机。把调制脉宽信号，用作变化电机的有效转速度，就可以达到无极变速了。
复位电路、晶振电路以及电源电路组成单片机的最小系统。晶振电路实际上是一个反相放大器，单片机是速度的提供者，主要功能是启动，即当单片机的频率使其正常工作。
单片机的复位电路是用来解决电容和电阻的一个小的电路组成，通俗来讲就像是电脑的一个刷新按钮，在电脑发生卡顿和系统崩溃时。进行刷新，使电脑可以重新运行。具体电路如图31
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