单片机的步进电机控制系统设计(附件)
随着社会的迅速的发展，步进电机在生活中扮演的角色也越来越重要，尤其是在在民用和工业用中运用数字控制的方法进行定位的系统中有着很重要的地位。所以它的研究价值也十分的巨大。本文将步进电机和单片机相结合，设计一个成本低，体积小易操作的步进电机。该电机采用的是STC89C52单片机作为核心芯片，结合了复位电路，晶振电路，驱动电路，按键电路，显示电路和测速模块。系统通过改变脉冲信号来达到控制速度的目的，同时通过光电传感器来达到测速的目的。通过按键电路来改变测试的模式，显示电路进行显示。并且还加入了抗干扰的设计防止环境的变化对数据造成影响。经过了实际的操作和调试。基本上已经达到了所需要的功能。该系统因为其低消耗，稳定性高，体积小等优点，在当今社会中的应用十分的广泛，所以它的应用价值和推广性也十分高。关键词 步进电机，单片机，STC89C52，光电传感器
目录
1 绪论 1
1.1概述 1
1.2 单片机控制步进电机的背景与意义 1
1.3 国内外研究现状 2
1.4 本文主要研究内容 3
2 总体设计 3
2.1 系统设计任务要求 3
2.2系统设计 3
3 系统硬件设计 7
3.1 单片机最小系统 7
3.2 电源电路的设计 10
3.3 按键电路设计 10
3.4 驱动电路设计 11
3.5 显示部分电路 12
3.6 时钟部分 13
3.7 测速电路的设计 15
3.8 抗干扰设计 15
4 软件设计 16
4.1 系统的主程序 16
4.2 键盘的控制程序 16
4.3 正反转程序 17
4.4 加减速程序 18
4.5 显示子程序的 19
4.6 初始化流程图 20
5 系统调试 21
5.1 调试的步骤 21
5.2 调试的数据 21
5.3实物测试内容 22
结 论 23
致 谢 24
参考文献 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
25
附录 27
附录一：硬件原理图 29
附录二：软件程序图 29
1 绪论
1.1概述
步进脉冲电机是步进电机的另一个叫法，它们是最基础的电磁感应效应原理，使电脉冲的信号进入开环控制装置并让它具有角位移或线性位移的功能。单片机控制步进电机技术广泛应用于很多的领域，比如工业，航天，机器人，计算机等等。同时随着社会发展越来越迅速各行业的发展也如火如天，步进电机的应用领域也变得越来越广泛，步进电机的功能也越来越来越多越来越先进。步进电机的功能是将数字脉冲信号转换成线位移或角位移，所以它的功能多种多样[2]。也就分为了异步电动机和直流电动机。每次信号进入电机的时候，它将相应的旋转一步。因为它运动起来是一步一步进行的，所以被称为步进电机[3]。当步进电机应用在开环系统的数字控制时，它的优点有定位精度高和价格实惠，易于控制和无累积误差。因此步进电机在许多领域有着应用，这也是它的应用价值这么高的原因。步进电机的第一个模型是从1730年代到1660年代，初级感应电机是为了控制目的。主要使用的系统有氨弧灯、自动电话交换机、无交流电源的船舶和飞机的电极传递机构[4]。1960年代末，步进电机的应用又一次得到了很大的发展是因为永磁材料和半导体技术的飞速发展。所以从当时的应用范围来看，步进电机已经能够成为另一种广泛使用的电机。而步进电机的未来发展主要取决于材料的开发、新的设计方案和动力资源[5]。驱动技术。步进电机将会沿着智能化和技术化的趋势进行发展。所以，性能越高的永磁材料将对步进电机产生越大的影响。同时，由于现如今高速发展的电子科技和计算机技术，电机的控制方法也越来越多。电机驱动的技术对于设备的设计和开发有了很大的影响，这是因为微步驱动技术得到了很大的应用并不断的加以改进，同时未来也有了新的方向和新的课题去进行研究和发展[6]。
1.2 单片机控制步进电机的背景与意义
现如今由于高速发展的电子科技和计算机技术，社会运用步进电机的地方也越来越多，所以步进电机在各个行业都有应用[7]。步进电机，它拥有优秀的精准度，并且使用的反馈环路都是比较简便的，同时它的优点有：价格实惠、控制方法简单和积累的误差少等。并且由于这些，使得步进电机在民用和工业用中运用数字控制的方法进行定位的系统中有着很重要的地位，因此他的研究价值也十分的大[8]。
当步进电机的驱动程序接收到一个脉冲信号,电机就会按照设置方向转动一个一定的角度,所以它也被称为步距角，并且角的位移量也可以通过改变脉冲的个数来进行控制，从而达到定位的目的来增加精确度减少失误；同时也可以改变控制脉冲的频率来改变电机的转动速度和它的加速度，这也就实现了调速的功能。步进电机也是一种特种电机可以用来控制，它的优点是结构和控制都很简单并且运行还很可靠。尤其是步距值还不随电压和温度的变化而变化、误差也不会有长期积累的情况，所以实际的应用便捷了很多[10]。它广泛应用于生活中的产品，如打印机、照相机、雕刻机、工业控制（数控机床和工业方面的机器人）、医疗器械等机电产品。
为了提高控制的精准度和响应的速度以及是否节约能源等，必须改善步进电机的控制模式和测量的方法，并且这具有很大的意义。电机的控制核心是采用的C52芯片，它受欢迎的原因是其独特的低成本，小体积，当然其编程简单也是其一个亮点[11]。因此，本论文设计的控制系统是通过一个单片机来进行控制的，可以通过软件系统实现对电机的转动速度和方向的有效控制[12]。
1.3 国内外研究现状
我国是在1950年代末才开始研究步进电机。发展到60年代，我国主要是高等的院校或者科研机构来进行研究而使用的一些设备或者进行开发一些简单的产品。到文化大革命时期的时候，步进电机在中国开始大规模的生产和应用，率先投入生产的有江苏、浙江、四川、北京、南京等，同时被应用于很多个领域，驱动电路和半导体器件也实现了完全的本土化，在当时的逻辑电路是由分立元件和电容耦合输入计数器和触发器和循环分配器组成的[13]。同时被完全本地化也有中等电压和耐受电压的大功率半导体器件。到了70年代的初期，步进电机的发展实现了一个重大的进步，除了驱动设计的长远发展体现出来了之外，反应式的步进电机的研发也发展到了较高的水平[14]。到了70到80年代中期，这一时期为产品的开发阶段，起源于于19世纪60年代末，更多行业应用的是新品种的高性能的步进电机，这一情况是由于于半导体晶体管和永磁材料的发展的迅速发展，同时步进电机的研究已开始慢慢引起了社会关注。到了最近的30年的发展中，在步进电机的应用方面我国已经基本成熟并且发展的速度十分迅速，从总的发展方向来看，步进电机已经和异步电动机和同步电动机一同组成了电动机的基本模式。我国从1980年代中期到如今，在步进电机的精准度的研究上已经花费了大量的人力物力和财力，同时各种混合式的电机和执行机器已经被广泛的运用[15]。
目录
1 绪论 1
1.1概述 1
1.2 单片机控制步进电机的背景与意义 1
1.3 国内外研究现状 2
1.4 本文主要研究内容 3
2 总体设计 3
2.1 系统设计任务要求 3
2.2系统设计 3
3 系统硬件设计 7
3.1 单片机最小系统 7
3.2 电源电路的设计 10
3.3 按键电路设计 10
3.4 驱动电路设计 11
3.5 显示部分电路 12
3.6 时钟部分 13
3.7 测速电路的设计 15
3.8 抗干扰设计 15
4 软件设计 16
4.1 系统的主程序 16
4.2 键盘的控制程序 16
4.3 正反转程序 17
4.4 加减速程序 18
4.5 显示子程序的 19
4.6 初始化流程图 20
5 系统调试 21
5.1 调试的步骤 21
5.2 调试的数据 21
5.3实物测试内容 22
结 论 23
致 谢 24
参考文献 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
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附录 27
附录一：硬件原理图 29
附录二：软件程序图 29
1 绪论
1.1概述
步进脉冲电机是步进电机的另一个叫法，它们是最基础的电磁感应效应原理，使电脉冲的信号进入开环控制装置并让它具有角位移或线性位移的功能。单片机控制步进电机技术广泛应用于很多的领域，比如工业，航天，机器人，计算机等等。同时随着社会发展越来越迅速各行业的发展也如火如天，步进电机的应用领域也变得越来越广泛，步进电机的功能也越来越来越多越来越先进。步进电机的功能是将数字脉冲信号转换成线位移或角位移，所以它的功能多种多样[2]。也就分为了异步电动机和直流电动机。每次信号进入电机的时候，它将相应的旋转一步。因为它运动起来是一步一步进行的，所以被称为步进电机[3]。当步进电机应用在开环系统的数字控制时，它的优点有定位精度高和价格实惠，易于控制和无累积误差。因此步进电机在许多领域有着应用，这也是它的应用价值这么高的原因。步进电机的第一个模型是从1730年代到1660年代，初级感应电机是为了控制目的。主要使用的系统有氨弧灯、自动电话交换机、无交流电源的船舶和飞机的电极传递机构[4]。1960年代末，步进电机的应用又一次得到了很大的发展是因为永磁材料和半导体技术的飞速发展。所以从当时的应用范围来看，步进电机已经能够成为另一种广泛使用的电机。而步进电机的未来发展主要取决于材料的开发、新的设计方案和动力资源[5]。驱动技术。步进电机将会沿着智能化和技术化的趋势进行发展。所以，性能越高的永磁材料将对步进电机产生越大的影响。同时，由于现如今高速发展的电子科技和计算机技术，电机的控制方法也越来越多。电机驱动的技术对于设备的设计和开发有了很大的影响，这是因为微步驱动技术得到了很大的应用并不断的加以改进，同时未来也有了新的方向和新的课题去进行研究和发展[6]。
1.2 单片机控制步进电机的背景与意义
现如今由于高速发展的电子科技和计算机技术，社会运用步进电机的地方也越来越多，所以步进电机在各个行业都有应用[7]。步进电机，它拥有优秀的精准度，并且使用的反馈环路都是比较简便的，同时它的优点有：价格实惠、控制方法简单和积累的误差少等。并且由于这些，使得步进电机在民用和工业用中运用数字控制的方法进行定位的系统中有着很重要的地位，因此他的研究价值也十分的大[8]。
当步进电机的驱动程序接收到一个脉冲信号,电机就会按照设置方向转动一个一定的角度,所以它也被称为步距角，并且角的位移量也可以通过改变脉冲的个数来进行控制，从而达到定位的目的来增加精确度减少失误；同时也可以改变控制脉冲的频率来改变电机的转动速度和它的加速度，这也就实现了调速的功能。步进电机也是一种特种电机可以用来控制，它的优点是结构和控制都很简单并且运行还很可靠。尤其是步距值还不随电压和温度的变化而变化、误差也不会有长期积累的情况，所以实际的应用便捷了很多[10]。它广泛应用于生活中的产品，如打印机、照相机、雕刻机、工业控制（数控机床和工业方面的机器人）、医疗器械等机电产品。
为了提高控制的精准度和响应的速度以及是否节约能源等，必须改善步进电机的控制模式和测量的方法，并且这具有很大的意义。电机的控制核心是采用的C52芯片，它受欢迎的原因是其独特的低成本，小体积，当然其编程简单也是其一个亮点[11]。因此，本论文设计的控制系统是通过一个单片机来进行控制的，可以通过软件系统实现对电机的转动速度和方向的有效控制[12]。
1.3 国内外研究现状
我国是在1950年代末才开始研究步进电机。发展到60年代，我国主要是高等的院校或者科研机构来进行研究而使用的一些设备或者进行开发一些简单的产品。到文化大革命时期的时候，步进电机在中国开始大规模的生产和应用，率先投入生产的有江苏、浙江、四川、北京、南京等，同时被应用于很多个领域，驱动电路和半导体器件也实现了完全的本土化，在当时的逻辑电路是由分立元件和电容耦合输入计数器和触发器和循环分配器组成的[13]。同时被完全本地化也有中等电压和耐受电压的大功率半导体器件。到了70年代的初期，步进电机的发展实现了一个重大的进步，除了驱动设计的长远发展体现出来了之外，反应式的步进电机的研发也发展到了较高的水平[14]。到了70到80年代中期，这一时期为产品的开发阶段，起源于于19世纪60年代末，更多行业应用的是新品种的高性能的步进电机，这一情况是由于于半导体晶体管和永磁材料的发展的迅速发展，同时步进电机的研究已开始慢慢引起了社会关注。到了最近的30年的发展中，在步进电机的应用方面我国已经基本成熟并且发展的速度十分迅速，从总的发展方向来看，步进电机已经和异步电动机和同步电动机一同组成了电动机的基本模式。我国从1980年代中期到如今，在步进电机的精准度的研究上已经花费了大量的人力物力和财力，同时各种混合式的电机和执行机器已经被广泛的运用[15]。
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