单片机的步进电机控制器设计(附件)【字数：10511】
摘 要随着科学技术的发展和信息技术的越发普遍，单片机的使用伴随着每个人的生活，小到手机电脑，大到冰箱彩电和现代工业的生产，都离不开单片机。基于单片机的步进电机控制器亦是如此，步进电机是将数字信息转换为角位移控制的一种执行元件，给一个步进脉冲电机就会转，不给就不转。步进电机是种控制执行元件，是机电一体化的现实生活中使用非常广泛, 经常应用在各种各样的自动化控制系统和精密机械等领域。本课题呢就是研究多种控制算法，掌握步进电机调速控制原理，了解失步的预防。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 选题的发展和意义 1
1.1背景 1
1.2现状 1
1.3意义 2
第二章 电机控制系统的原理及应用 3
2.1步进电机控制器的原理 3
2.2电机控制器的应用 4
2.3电机控制器的种类 4
第三章 基于单片机步进电机控制器设计 8
3.1单片机的选择 8
3.2电路的设计 10
3.2.1单片机最小系统 10
3.2.2按键部分 11
3.2.3LED驱动芯片 11
3.2.4电机驱动芯片 12
3.2.5显示部分 13
3.2.6步进电机的选择 13
3.2.7硬件焊接 15
3.3软件程序 16
3.3.1主程序 16
3.3.2显示子程序 17
3.3.3键盘扫描子程序 17
3.4设计调试结果 18
3.4.1软件部分 18
3.4.2硬件部分 19
3.4.3运行结果 19
第四章 多种控制算法 21
4.1七段S型曲线控制算法 21
4.2梯形曲线算法 21
4.3指数型曲线算法 21
4.4 SPTA算法 22
第五章 失步的预防 23
5.1失步的原因 23
5.2失步的预防 23
结束语 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
5
致谢 26
参考文献 27
附录 28
完整的C语言程序: 29
第一章 选题的发展和意义
1.1背景
单片机的特点有很多，它们体积小、功耗低、操控性强、能灵活扩展、小型化还有使用方便。在现实生活中有很广泛运用，常常用在仪器仪表中。经常结合不同的传感器来测量一些物理量（电流、电压、频率、气压、温度、湿度、速度、角度、硬度和压力等）。使用单片机控制相比于采用电子或数字电路变得更加快捷而灵敏，同时使得仪器仪表数字化，智能化，做得更小还节约了成本，常见的精密测量设备有示波器和功率计。同时利用单片机还可能构成多样的控制系统和数据收集体系。长时间以来，实现控制的方法必须由数字信号或模拟信号来实现大部分功能。
步进电机有很多优点：
步距值不受各类干扰要素的影响（电压、电流、温度...）；
基本不需要反馈便能对位置和速度进行控制；
位置的误差不会长期积累；
与数组设备兼容能够直接接收数字信号；
可以快速启停，操控性好。
1.2现状
实际中选用单片机控制的有很多，比如小区写字楼的电梯智能化控制，加工厂里流水线的智能化的控制，还有常见的各种各样的报警系统，还有计算机联网构成的控制系统。如今的单片机都具有通信接口，可以便利的传输数据，给计算机和通信设备之间的应用供给了良好的条件。现如今的通讯设备都有单片机控制，从手机电话、传真打印机、列车无线电通信、楼宇自动传呼系统，再到金融，政府，教育，航空航天等领域都无处不在使用。
步进电机控制器是一种能够发出平均的脉冲信号的电子元器件，步进电机控制器发出的信号先进入驱动器，而后由驱动器转换成步进电机所需要的电流脉冲信号，随后带动步进电机运转。步进电机控制器能够正确的控制步进电机转动的每个角度。由于步进电机驱动器所接收到的是电力脉冲信号，每收到一个信号，驱动器会给步进电机一个脉冲使电机转过一个固定的角度这样一个特征，步进电机现如今也已经被广泛的使用在各行各业中。跟着产业自动化的发展，步进电机作为电机的一种，能够靠开路控制做精准的定位。所以普遍应用在NC车床、切割机中。近年来，步进电机的精确度越来越高，也越来越的应用在控制精度要求比较高的控制中，对于小功率的步进电机，正常用单片机和专用的步进电机驱动器共同工作的方法进行控制。驱动器能随着单片机产生的脉冲，正反转，启动停止，变速等信号进行脉冲分配及功率驱动。
1.3意义
当前，单片机正朝着多样化和高性能的趋向发展，最后向CMOS化、大容量、低功耗、廉价、高性能和外围电路内装化发展。
所以，单片机的利用的重要性显而易见，它的重要意义在于从根本上改变了传统的控制设计思想和方式。现在的已经能用单片机通过信号传输来进行控制。这类用软件取代硬件的控制的技能被称为微控制技术，是传统控制技术巨大的突破。
步进电机能够在开阔的范围内经过改变脉冲频率来调速，正反转，迅速起停，并且能够用其构成的开环系统单一廉价，可控制性高是其杰出的优点。所以研制一种性价比很高的步进电机驱动器和控制系统关于产业的发展和信息技术的发展有着举足轻重的意义。
第二章 电机控制系统的原理及应用
2.1步进电机控制器的原理
步进电机是步进电机旋转，它是将脉冲信号转换成相应的角位移或线性位移，简单来说就是给出一个脉冲信号，电机以一个角度变化。步进电机的角位移与脉冲数成正比，它的速度与脉冲频率成比例。在无过载的情况下，电机的旋转和切断仅与脉冲的数量和频率有关。
如图所示是一台四相步进电机，直流电源。只需要根据适当的时机打开电机，使步进电机可以旋转。该图是其的工作实物和原理图：
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图21 步进电机实物图
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 选题的发展和意义 1
1.1背景 1
1.2现状 1
1.3意义 2
第二章 电机控制系统的原理及应用 3
2.1步进电机控制器的原理 3
2.2电机控制器的应用 4
2.3电机控制器的种类 4
第三章 基于单片机步进电机控制器设计 8
3.1单片机的选择 8
3.2电路的设计 10
3.2.1单片机最小系统 10
3.2.2按键部分 11
3.2.3LED驱动芯片 11
3.2.4电机驱动芯片 12
3.2.5显示部分 13
3.2.6步进电机的选择 13
3.2.7硬件焊接 15
3.3软件程序 16
3.3.1主程序 16
3.3.2显示子程序 17
3.3.3键盘扫描子程序 17
3.4设计调试结果 18
3.4.1软件部分 18
3.4.2硬件部分 19
3.4.3运行结果 19
第四章 多种控制算法 21
4.1七段S型曲线控制算法 21
4.2梯形曲线算法 21
4.3指数型曲线算法 21
4.4 SPTA算法 22
第五章 失步的预防 23
5.1失步的原因 23
5.2失步的预防 23
结束语 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
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致谢 26
参考文献 27
附录 28
完整的C语言程序: 29
第一章 选题的发展和意义
1.1背景
单片机的特点有很多，它们体积小、功耗低、操控性强、能灵活扩展、小型化还有使用方便。在现实生活中有很广泛运用，常常用在仪器仪表中。经常结合不同的传感器来测量一些物理量（电流、电压、频率、气压、温度、湿度、速度、角度、硬度和压力等）。使用单片机控制相比于采用电子或数字电路变得更加快捷而灵敏，同时使得仪器仪表数字化，智能化，做得更小还节约了成本，常见的精密测量设备有示波器和功率计。同时利用单片机还可能构成多样的控制系统和数据收集体系。长时间以来，实现控制的方法必须由数字信号或模拟信号来实现大部分功能。
步进电机有很多优点：
步距值不受各类干扰要素的影响（电压、电流、温度...）；
基本不需要反馈便能对位置和速度进行控制；
位置的误差不会长期积累；
与数组设备兼容能够直接接收数字信号；
可以快速启停，操控性好。
1.2现状
实际中选用单片机控制的有很多，比如小区写字楼的电梯智能化控制，加工厂里流水线的智能化的控制，还有常见的各种各样的报警系统，还有计算机联网构成的控制系统。如今的单片机都具有通信接口，可以便利的传输数据，给计算机和通信设备之间的应用供给了良好的条件。现如今的通讯设备都有单片机控制，从手机电话、传真打印机、列车无线电通信、楼宇自动传呼系统，再到金融，政府，教育，航空航天等领域都无处不在使用。
步进电机控制器是一种能够发出平均的脉冲信号的电子元器件，步进电机控制器发出的信号先进入驱动器，而后由驱动器转换成步进电机所需要的电流脉冲信号，随后带动步进电机运转。步进电机控制器能够正确的控制步进电机转动的每个角度。由于步进电机驱动器所接收到的是电力脉冲信号，每收到一个信号，驱动器会给步进电机一个脉冲使电机转过一个固定的角度这样一个特征，步进电机现如今也已经被广泛的使用在各行各业中。跟着产业自动化的发展，步进电机作为电机的一种，能够靠开路控制做精准的定位。所以普遍应用在NC车床、切割机中。近年来，步进电机的精确度越来越高，也越来越的应用在控制精度要求比较高的控制中，对于小功率的步进电机，正常用单片机和专用的步进电机驱动器共同工作的方法进行控制。驱动器能随着单片机产生的脉冲，正反转，启动停止，变速等信号进行脉冲分配及功率驱动。
1.3意义
当前，单片机正朝着多样化和高性能的趋向发展，最后向CMOS化、大容量、低功耗、廉价、高性能和外围电路内装化发展。
所以，单片机的利用的重要性显而易见，它的重要意义在于从根本上改变了传统的控制设计思想和方式。现在的已经能用单片机通过信号传输来进行控制。这类用软件取代硬件的控制的技能被称为微控制技术，是传统控制技术巨大的突破。
步进电机能够在开阔的范围内经过改变脉冲频率来调速，正反转，迅速起停，并且能够用其构成的开环系统单一廉价，可控制性高是其杰出的优点。所以研制一种性价比很高的步进电机驱动器和控制系统关于产业的发展和信息技术的发展有着举足轻重的意义。
第二章 电机控制系统的原理及应用
2.1步进电机控制器的原理
步进电机是步进电机旋转，它是将脉冲信号转换成相应的角位移或线性位移，简单来说就是给出一个脉冲信号，电机以一个角度变化。步进电机的角位移与脉冲数成正比，它的速度与脉冲频率成比例。在无过载的情况下，电机的旋转和切断仅与脉冲的数量和频率有关。
如图所示是一台四相步进电机，直流电源。只需要根据适当的时机打开电机，使步进电机可以旋转。该图是其的工作实物和原理图：
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图21 步进电机实物图
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