单片机的步进电机控制系统的设计
：步进电机将电脉冲信号进行转换，以得到机械位移。它是一种机电执行类元件。本文简单介绍了步进电机的工作原理和运动控制系统，初步介绍了步进电机在国内的发展现状，以及应用前景。并对步进电机转速，角度，转矩的控制做出了阐述。采用AT89C51作为本设计的单片机芯片，由外部信号控制步进电机的正传，反转，加速，减速，并由数码管显示相应信息。先通过protel99se软件绘制原理图，然后通过Keil软件进行程序的仿真和功能的理论验证。最后通过硬件的调试来实现其功能，从而完成对控制器的设计。
目录
一、引言 1
（一）课题提出的背景 1
（二）课题研究的目的和意义 1
（三）课题的主要研究内容 1
二、步进电机 2
（一）步进电机介绍 2
1．步进电机概述 2
2．步进电机特性 2
3．步进电机选择和分类 3
（二）步进电机驱动控制系统组成 3
1．脉冲信号的产生 3
2．信号分配 3
3．功率放大 4
（三）单片机原理 4
1．单片机原理概述 4
2．单片机特性 5
3．AT89C51简介 5
三、硬件设计 6
（一）系统原理图 6
（二）复位电路 7
（三）时钟电路 8
（四）驱动电路 8
（五）按键电路 9
四、软件设计 9
（一）主程序设计 9
（二）编程注意问题 10
五、系统运行与调试 11
（一）开发软件简介 11
1．Keil软件 11
2．Proteus软件 11
（二）仿真调试 12
（三）硬件调试 15
六、总结 17
致 谢 18
参考文献 19
附录一：源程序 20
附录二：PCB图 33
一、引言
（一）课题提出的背景
伴随着人类社会经济的飞速发展，以及对生产的需求，工业文明也日益崛起，步进
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
电机也逐渐进入人们的视野并广泛应用于工业生产中，例如数控机床，医疗器械等大型机电产品，并且在生活中，它也被广泛应用于家用电器以及电动玩具等智能商品中。
在上个世纪，步进电机由电磁铁组成，它可以自由旋转，并且依靠气隙磁导的变化来产生转矩。在本世纪初期，殖民地的掠夺，造就了步进电机技术的发展。在80年代以后，步进电机以微型计算机为基础，在生产运用中更加灵活多样。通过计算机软件来控制步进电机比原来的步进电机控制系统的调试更为简单方。所以，现如今对步进电机来说，由微型单片机控制更符合工业需求。
步进电机是在传统电机的基础上所开发的，随着人们对晶体管的研发，并将它运用在步进电机上，从而使得步进电机对数字化的控制更加简洁。经过人们长时间对电机不断的进行改良，步进电机的性能得到了质的飞跃，在机械系统中的运用更为灵活，对于定位的精度更加完善。例如在设备的生产过程中方便操作，对效率需求高，要求自动化的机器。在对速度的要求较高，或者需要对设备进行灵活控制，这时候一般就会用到步进电机。
（二）课题研究的目的和意义
随着现在工业的快速发展，传统电机已经满足不了人们对电机的技术要求，微型计算机控制电机的出现让人们意识到电机的发展前景，由单片机控制的步进电机因为自身的0误差越来越受到人们的欢迎，它的身影几乎遍布每个行业。
现如今，科学技术得发展速度越来越快，步进电机在工业生产中的运用也越来越广。但就现如今对于步进电机的研究，人们所能运用的电机技术依然不够成熟，因此，我们需要以更多的精力投入到对电机的研究中。步进电机以各种各样的形态出现在我们的工作中，而在生活中的各个方面都有很大的发展空间。
（三）课题的主要研究内容
本设计初步阐述了步进电机控制系统现如今的研究现状和发展趋势，并对步进电机的功能进行整理，并主要介绍了基于AT89C51单片机的步进电机控制系统，利用单片机来控制步进电机因转动所产生的角度。
和一般的电动机的差别在于，步进电机的运行过程是通过接收脉冲信号来进行控制，它不会因为负载的变化而受到影响。但对于步进电机的控制绕组来说，只要对电机绕组施加一个脉冲信号，动机的转轴就会相应的转过一个固定的角度，通过持续不断的给绕组发送脉冲信号，电机轴也就会按照信号一步一步相对稳定的运转。因此，对于步进电机，我们可以通过控制施加脉冲的个数来控制电机的角度移量，来进行准确定位。由于电机每转动一周所用的步数是固定的，所以一般只步进电机的运行状态正常，就不会有步距误差。与此同时，想要对步进电机的速度进行控制，我们也可以通过调节施加在电机上的脉冲频率来实现，并且还能够实现电机的快速启停以及正反转控制等。
本文对该设计中的硬件设计以及软件设计进行了具体的介绍，并且对每个模块部分的功能进行介绍，主要介绍了驱动部分、按键部分、电源部分，并对步进电机系统功能进行了介绍。
利用Keil软件和proteus软件设计步进电机的源程序，原理图，并进行仿真。
二、步进电机
（一）步进电机介绍
1．步进电机概述
步进电机是由数字信号控制的电机，是区别于直流电动机以及交流电动机的运行方式之后的第三种电动机。步进电机是由电脉冲信号来进行控制，简单来说，如果静止的步进电机接收到一个脉冲信号，那么电机就会按照信号所设定的方向机械的转动一个相对固定的角度。因为步进电机所转动的固定角度的个数受到步进电机输入脉冲个数的影响，所以我们可以通过对电机输入脉冲的个数进行调整，以此来控制电机需要转动多少个固定角。然而同时，我们也可以通过改变输送给电机的脉冲频率来实现步进电机的调速，正反转和快速启停。
2．步进电机特性
（1）任何可能出现的对电机进行干扰的成分都不会影响到电机的步距值。比方说像电压和电流的大小，波形的变化、温度的变化等。
（2）电机的误差不会一直堆累下去。从理论上来说，相比较理论步距和实际步距，它们之间一定会出现误差，但是步进电机在在进行每一步的转动时都不会产生误差，所以误差不会一直堆积下去。
（3）步进电机的控制性能特别好，之学院少数脉冲就能控制启停、正反转，运行在相对应的频率范围，如何操作都不会有误差。所以，在数控机床，打印机等机械上，步进电机被大量使用。
3．步进电机选择和分类
步进电机按照在构造上的不同可以分成三大类，分别是反应式、永磁式以及混合式。
反应式步进电机也被人们叫做感应式、磁带式步进电机。这种电机的定子以及转子的制作材料一般都是软磁，小齿和槽均匀的分布在定子和转子的周边，转矩的出现是因为在给电机进行通电后，利用磁导发生的变化。该电机每一步可以转动较大的距离，它的步距角一般比较小，但是它的消耗功率比较大，在断电的时候没有定位转矩。
永磁式步进电机在制作转子时所用到的材料一般都是有着永久磁性的材料，在它的定子以及转子周围没有小齿和槽，在给电机进行通电后，转矩便会由电子与永磁体电流磁场之间的相互作用产生。永磁式步进电机的步距角比较大，它在启动或者运行时所产生的频率相对比较低，并且在断电的时候会有保持转矩。
目录
一、引言 1
（一）课题提出的背景 1
（二）课题研究的目的和意义 1
（三）课题的主要研究内容 1
二、步进电机 2
（一）步进电机介绍 2
1．步进电机概述 2
2．步进电机特性 2
3．步进电机选择和分类 3
（二）步进电机驱动控制系统组成 3
1．脉冲信号的产生 3
2．信号分配 3
3．功率放大 4
（三）单片机原理 4
1．单片机原理概述 4
2．单片机特性 5
3．AT89C51简介 5
三、硬件设计 6
（一）系统原理图 6
（二）复位电路 7
（三）时钟电路 8
（四）驱动电路 8
（五）按键电路 9
四、软件设计 9
（一）主程序设计 9
（二）编程注意问题 10
五、系统运行与调试 11
（一）开发软件简介 11
1．Keil软件 11
2．Proteus软件 11
（二）仿真调试 12
（三）硬件调试 15
六、总结 17
致 谢 18
参考文献 19
附录一：源程序 20
附录二：PCB图 33
一、引言
（一）课题提出的背景
伴随着人类社会经济的飞速发展，以及对生产的需求，工业文明也日益崛起，步进
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
电机也逐渐进入人们的视野并广泛应用于工业生产中，例如数控机床，医疗器械等大型机电产品，并且在生活中，它也被广泛应用于家用电器以及电动玩具等智能商品中。
在上个世纪，步进电机由电磁铁组成，它可以自由旋转，并且依靠气隙磁导的变化来产生转矩。在本世纪初期，殖民地的掠夺，造就了步进电机技术的发展。在80年代以后，步进电机以微型计算机为基础，在生产运用中更加灵活多样。通过计算机软件来控制步进电机比原来的步进电机控制系统的调试更为简单方。所以，现如今对步进电机来说，由微型单片机控制更符合工业需求。
步进电机是在传统电机的基础上所开发的，随着人们对晶体管的研发，并将它运用在步进电机上，从而使得步进电机对数字化的控制更加简洁。经过人们长时间对电机不断的进行改良，步进电机的性能得到了质的飞跃，在机械系统中的运用更为灵活，对于定位的精度更加完善。例如在设备的生产过程中方便操作，对效率需求高，要求自动化的机器。在对速度的要求较高，或者需要对设备进行灵活控制，这时候一般就会用到步进电机。
（二）课题研究的目的和意义
随着现在工业的快速发展，传统电机已经满足不了人们对电机的技术要求，微型计算机控制电机的出现让人们意识到电机的发展前景，由单片机控制的步进电机因为自身的0误差越来越受到人们的欢迎，它的身影几乎遍布每个行业。
现如今，科学技术得发展速度越来越快，步进电机在工业生产中的运用也越来越广。但就现如今对于步进电机的研究，人们所能运用的电机技术依然不够成熟，因此，我们需要以更多的精力投入到对电机的研究中。步进电机以各种各样的形态出现在我们的工作中，而在生活中的各个方面都有很大的发展空间。
（三）课题的主要研究内容
本设计初步阐述了步进电机控制系统现如今的研究现状和发展趋势，并对步进电机的功能进行整理，并主要介绍了基于AT89C51单片机的步进电机控制系统，利用单片机来控制步进电机因转动所产生的角度。
和一般的电动机的差别在于，步进电机的运行过程是通过接收脉冲信号来进行控制，它不会因为负载的变化而受到影响。但对于步进电机的控制绕组来说，只要对电机绕组施加一个脉冲信号，动机的转轴就会相应的转过一个固定的角度，通过持续不断的给绕组发送脉冲信号，电机轴也就会按照信号一步一步相对稳定的运转。因此，对于步进电机，我们可以通过控制施加脉冲的个数来控制电机的角度移量，来进行准确定位。由于电机每转动一周所用的步数是固定的，所以一般只步进电机的运行状态正常，就不会有步距误差。与此同时，想要对步进电机的速度进行控制，我们也可以通过调节施加在电机上的脉冲频率来实现，并且还能够实现电机的快速启停以及正反转控制等。
本文对该设计中的硬件设计以及软件设计进行了具体的介绍，并且对每个模块部分的功能进行介绍，主要介绍了驱动部分、按键部分、电源部分，并对步进电机系统功能进行了介绍。
利用Keil软件和proteus软件设计步进电机的源程序，原理图，并进行仿真。
二、步进电机
（一）步进电机介绍
1．步进电机概述
步进电机是由数字信号控制的电机，是区别于直流电动机以及交流电动机的运行方式之后的第三种电动机。步进电机是由电脉冲信号来进行控制，简单来说，如果静止的步进电机接收到一个脉冲信号，那么电机就会按照信号所设定的方向机械的转动一个相对固定的角度。因为步进电机所转动的固定角度的个数受到步进电机输入脉冲个数的影响，所以我们可以通过对电机输入脉冲的个数进行调整，以此来控制电机需要转动多少个固定角。然而同时，我们也可以通过改变输送给电机的脉冲频率来实现步进电机的调速，正反转和快速启停。
2．步进电机特性
（1）任何可能出现的对电机进行干扰的成分都不会影响到电机的步距值。比方说像电压和电流的大小，波形的变化、温度的变化等。
（2）电机的误差不会一直堆累下去。从理论上来说，相比较理论步距和实际步距，它们之间一定会出现误差，但是步进电机在在进行每一步的转动时都不会产生误差，所以误差不会一直堆积下去。
（3）步进电机的控制性能特别好，之学院少数脉冲就能控制启停、正反转，运行在相对应的频率范围，如何操作都不会有误差。所以，在数控机床，打印机等机械上，步进电机被大量使用。
3．步进电机选择和分类
步进电机按照在构造上的不同可以分成三大类，分别是反应式、永磁式以及混合式。
反应式步进电机也被人们叫做感应式、磁带式步进电机。这种电机的定子以及转子的制作材料一般都是软磁，小齿和槽均匀的分布在定子和转子的周边，转矩的出现是因为在给电机进行通电后，利用磁导发生的变化。该电机每一步可以转动较大的距离，它的步距角一般比较小，但是它的消耗功率比较大，在断电的时候没有定位转矩。
永磁式步进电机在制作转子时所用到的材料一般都是有着永久磁性的材料，在它的定子以及转子周围没有小齿和槽，在给电机进行通电后，转矩便会由电子与永磁体电流磁场之间的相互作用产生。永磁式步进电机的步距角比较大，它在启动或者运行时所产生的频率相对比较低，并且在断电的时候会有保持转矩。
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