单片机的步进电机系统设计(附件)【字数：8445】
摘 要步进电机（stepper motor）由于其构成的控制系统既方便、经济，且很是实用。在自动化和各种控制装置在浩繁领域中有着非常普遍的应用。发展的远景也十分长远。随着科学技术的不断的发展，现在对步进电机的使用的方面越来越广，对它的要求也提出了越来越多的意见和方向，现在国家的很多的自动化方面都使用了它。为了更加好的研究步进电机的控制系统，本次设计就对一种步进电机的系统进行设计和研究。这个系统就是采用了很普通的单片机来对其进行控制。并且我们在设计这种系统的时候，我们就采用编辑不同的程序从而对它的功能更加简单方便的展现出来，这就需要我们设计出很多种不同的程序，从而来满足各种的要求。因为现在的发展的需求很多，在设计的时候，我们为了满足不同的要求，提供了十种不同的速度来供选择，现在用的最为广泛的是正反转，本次设计的系统也可以简单方便的实现这个要求。为了让人更好的了解到电机的工作的时候的状态，所以就在其中增加了一个简单的数码管，这样可以让人们更加清晰的了解到这些电机的工作的状态。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的与意义 1
1.2国内外研究概况 1
1.3论文主要研究的内容 2
第二章 步进电机与单片机的介绍 3
2.1步进电机介绍与选择 3
2.2步进电机驱动系统介绍 4
2.3单片机原理 4
第三章 系统整体硬件结构 7
3.1系统硬件总电路构成 7
3.2键盘控制电路 7
3.3数码管驱动显示电路 8
3.3步进电机驱动电路 9
第四章 系统软件分析与设计 11
4.1主程序流程图 11
4.2 读按键子程序流程图 12
4.3 按键处理子程序流程图 12
4.4 电机控制中断程序流程图 13
第五章 系统调试与改进 15
5.1 调试与改进 15
5.2 运行结果 15
总 结 16
致 谢 17
参考文献 18
附录 A 19
附录 B 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
/> 附录 C 22
附录Ｄ 27
第一章 绪论
1.1课题研究的目的与意义
步进电机作为执行器，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统中。步进电机是一种由电脉冲信号控制并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线性位移的小电机。其最突出的优点是可以在宽的频率范围内实现调速、启停、正反转控制和制动等功能
1.2国内外研究概况
步进电机最早是19世纪30年代由英国人所发明的，60年代后晶体管的发明专利也应用在步进电机的应用控制上，这使数字化的定量控制变得更为简单。之后经过不停改良，现今步进电机已经普遍运用在须要精准定位，高响应，高依赖性等系统中。
在平常的工业生产和设计中，通常使用的电动机都是连续不断工作的，本次设计所使用的步进电机是按照既定脉冲步进转动的。每当一个脉冲信号被输入到步进电机中，电机就会转过一个步进角。并且加入的脉冲的数目和转动的角度成正比。所以只要控制好输入脉冲的个数，频率以及步进电动机通电绕组相序。就可以可得到所需要的固定转动角度，转动速度及其固定的转动方向。
如今应用的最多的是混合式步进电动机，它摒弃了反应式和永磁式步进电机的缺点，结合了它的优点（转矩大、体积小、噪声小）。
任何一种产品从发展到成熟，基本上是规格种类逐步统一和简化的过程。目前，步进电机的发展主要归功于三种类型的永磁式单级结构，即磁阻式、混合式和爪极式结构。因为混合式步进电机具有控制功率小，运行平稳性较好的特点所以它的发展处于主导地位。到目前为止，在工业较为发达的国家中，磁阻式步进电机已经很罕见了。
步进电机的最大生产国是日本。例如日本伺服电机公司、东方公司、三洋公司等。它当中最出色的还要数东方公司，从生产工艺到产品质量，他都排在世界首位。而今，每年有接近2亿台步进电机从日本产出，这个数字是惊人的！
而国的步进电机发展任然和发达国家有着很大的差距。虽然国家的步进电机在80年代后期就实现了量产，但是品质上的差距让很多消费者还是选择了进口的步进电机。更为重要的是在步进电机的控制系统和驱动方面，由于缺乏专业的技术人员，也是落后甚远。
如今，混合式步进电动机是整个行业的研究方向，主要往以下四个方面发展：
发展趋势一：沿着小型化的方向发展。现今，小型化依然成为了工业的潮流。用到步进电机的整机系统也在往小型化发展，这就倒逼步进电机也要尽量的小型化。只有这样才能达到工业的需求。
发展趋势二：改圆形电动机为方形。现在很多步进电机使用的是圆形外壳，这种方式有一个弊端就是它的转子不可能设计的很大。但是如果将机壳改为方形，那就可以将转子设计的更大，从而就拥有了更大的转动轴距。
发展趋势三：对步进电机进行综合设计，和控制器、驱动器组成一个闭环控制系统。
发展趋势四：向三相和五相发展。
1.3论文主要研究的内容
本次毕业设计所选用的是四相步进电动机，用AT89C51单片机控制步进电机的驱动。当单片机输出一个脉冲信号，驱动器收到信号之后，驱动电机转过一个固定的角度。所以要想达到对步进电机进行精准的控制，就要采取限制脉冲产生的数量的手段。同时要控制电机转动的速度和加速度的话，就要控制脉冲的频率来实现，本次毕业设计就是通过改变脉冲频率来调速，并且电机转速的档位，可以数字的形式在数码管的前两位显示出来。电机的正转与反转可以用单片机来进行干预。
第二章 步进电机与单片机的介绍
2.1步进电机介绍与选择
2.1.1步进电机概述
步进电机要过定值的步距角，必须为其增加定值的脉冲信号，这就意味着在设备无故障运行下，步进电机转轴速度的高低和其终止位置，完全取决于这个增加的定值脉冲信号的频率以及大小，而和其承重的负载重量无直接关系。正是因为这样的关系，加上步进电机不存在累加误差，因此在执行元器件上采用步进电机将极大的增加整体系统的精确性和鲁棒性。
关于通用的步进电机，其基本指标如下所示：
1、通常使用符号m代表步进电机的相数，意为多种激磁线圈产生的对数；
2、通常使用符号n代表步进电机的拍数，意为单位磁场周期完成所需要的总体脉冲数量；
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的与意义 1
1.2国内外研究概况 1
1.3论文主要研究的内容 2
第二章 步进电机与单片机的介绍 3
2.1步进电机介绍与选择 3
2.2步进电机驱动系统介绍 4
2.3单片机原理 4
第三章 系统整体硬件结构 7
3.1系统硬件总电路构成 7
3.2键盘控制电路 7
3.3数码管驱动显示电路 8
3.3步进电机驱动电路 9
第四章 系统软件分析与设计 11
4.1主程序流程图 11
4.2 读按键子程序流程图 12
4.3 按键处理子程序流程图 12
4.4 电机控制中断程序流程图 13
第五章 系统调试与改进 15
5.1 调试与改进 15
5.2 运行结果 15
总 结 16
致 谢 17
参考文献 18
附录 A 19
附录 B 20
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
/> 附录 C 22
附录Ｄ 27
第一章 绪论
1.1课题研究的目的与意义
步进电机作为执行器，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统中。步进电机是一种由电脉冲信号控制并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线性位移的小电机。其最突出的优点是可以在宽的频率范围内实现调速、启停、正反转控制和制动等功能
1.2国内外研究概况
步进电机最早是19世纪30年代由英国人所发明的，60年代后晶体管的发明专利也应用在步进电机的应用控制上，这使数字化的定量控制变得更为简单。之后经过不停改良，现今步进电机已经普遍运用在须要精准定位，高响应，高依赖性等系统中。
在平常的工业生产和设计中，通常使用的电动机都是连续不断工作的，本次设计所使用的步进电机是按照既定脉冲步进转动的。每当一个脉冲信号被输入到步进电机中，电机就会转过一个步进角。并且加入的脉冲的数目和转动的角度成正比。所以只要控制好输入脉冲的个数，频率以及步进电动机通电绕组相序。就可以可得到所需要的固定转动角度，转动速度及其固定的转动方向。
如今应用的最多的是混合式步进电动机，它摒弃了反应式和永磁式步进电机的缺点，结合了它的优点（转矩大、体积小、噪声小）。
任何一种产品从发展到成熟，基本上是规格种类逐步统一和简化的过程。目前，步进电机的发展主要归功于三种类型的永磁式单级结构，即磁阻式、混合式和爪极式结构。因为混合式步进电机具有控制功率小，运行平稳性较好的特点所以它的发展处于主导地位。到目前为止，在工业较为发达的国家中，磁阻式步进电机已经很罕见了。
步进电机的最大生产国是日本。例如日本伺服电机公司、东方公司、三洋公司等。它当中最出色的还要数东方公司，从生产工艺到产品质量，他都排在世界首位。而今，每年有接近2亿台步进电机从日本产出，这个数字是惊人的！
而国的步进电机发展任然和发达国家有着很大的差距。虽然国家的步进电机在80年代后期就实现了量产，但是品质上的差距让很多消费者还是选择了进口的步进电机。更为重要的是在步进电机的控制系统和驱动方面，由于缺乏专业的技术人员，也是落后甚远。
如今，混合式步进电动机是整个行业的研究方向，主要往以下四个方面发展：
发展趋势一：沿着小型化的方向发展。现今，小型化依然成为了工业的潮流。用到步进电机的整机系统也在往小型化发展，这就倒逼步进电机也要尽量的小型化。只有这样才能达到工业的需求。
发展趋势二：改圆形电动机为方形。现在很多步进电机使用的是圆形外壳，这种方式有一个弊端就是它的转子不可能设计的很大。但是如果将机壳改为方形，那就可以将转子设计的更大，从而就拥有了更大的转动轴距。
发展趋势三：对步进电机进行综合设计，和控制器、驱动器组成一个闭环控制系统。
发展趋势四：向三相和五相发展。
1.3论文主要研究的内容
本次毕业设计所选用的是四相步进电动机，用AT89C51单片机控制步进电机的驱动。当单片机输出一个脉冲信号，驱动器收到信号之后，驱动电机转过一个固定的角度。所以要想达到对步进电机进行精准的控制，就要采取限制脉冲产生的数量的手段。同时要控制电机转动的速度和加速度的话，就要控制脉冲的频率来实现，本次毕业设计就是通过改变脉冲频率来调速，并且电机转速的档位，可以数字的形式在数码管的前两位显示出来。电机的正转与反转可以用单片机来进行干预。
第二章 步进电机与单片机的介绍
2.1步进电机介绍与选择
2.1.1步进电机概述
步进电机要过定值的步距角，必须为其增加定值的脉冲信号，这就意味着在设备无故障运行下，步进电机转轴速度的高低和其终止位置，完全取决于这个增加的定值脉冲信号的频率以及大小，而和其承重的负载重量无直接关系。正是因为这样的关系，加上步进电机不存在累加误差，因此在执行元器件上采用步进电机将极大的增加整体系统的精确性和鲁棒性。
关于通用的步进电机，其基本指标如下所示：
1、通常使用符号m代表步进电机的相数，意为多种激磁线圈产生的对数；
2、通常使用符号n代表步进电机的拍数，意为单位磁场周期完成所需要的总体脉冲数量；
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