基于51单片机的步进电机控制课程设计

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1、 课课 程程 设设 计计 报报 告告 课程设计名称：单片机单片机系统综合课程设计系统综合课程设计 课程设计题目：基于 51 单片机的步进电机控制 院（系）：计算机学院 专 业：计算机科学与技术(嵌入式) 目目 录录 第第 1章章 总体设计方案总体设计方案 . 1 1.1 课程设计的内容和要求. 1 1.2 课程设计原理 1 1.3 课程设计思路 2 1.4 实验环境. 3 第第 2章章 详细设计方案详细设计方案 . 4 2.1 实现方法. 4 2.2 模块设计 5 2.2.1 步进电机的驱动 5 2.2.2 按键电路设计 5 2.2.3 时钟产生及复位电路 6 2.3 主程序流程图图 7 第第

2、 3章章 调试及结果分析调试及结果分析 . 8 3.1 调试步骤及方法. 8 3.2 实验结果及分析. 8 参考文献参考文献 9 附附 录录 1（源程序）（源程序） 10 附附 录录 2（系统原理图）（系统原理图） 14 附附 录录 3（器件清单）（器件清单） 15 1 第 1 章 总体设计方案 1.1 课程设计的内容和要求课程设计的内容和要求 一、课程设计内容： 步进电机是一种将电脉冲转换成角位移或线位移的电磁机械装置，也是一种 能把输出解析为唯一增量和输入数字脉冲对应的驱动器件。步进电机具有快速启 动、停止的能力，精度高、控制方便，因此，在工业上得到了广泛应用。 利用单片机控制一个步进电机

3、，而且要满足如下技术指标： （1） 开始通电时，步进电机停止转动。 （2） 单片机分别接按键开关 K1、K2 和 K3，用来控制步进电机的转向，要 求如下： 当按下 K1 时，步进电机正转。 当按下 K2 时，步进电机反转。 当按下 K3 时，步进电机停止转动。 步进电机的工作方式有单四拍、双四拍、单双八拍。 二、课程设计要求： 1. 独立完成课程设计任务； 2. 通过老师当场验收； 3. 交出完整的课程设计报告。 1.2 课程设计原理课程设计原理 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱 动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 （及步

4、进角） 。可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的； 同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调整节拍 的目的。 2 本次设计是采用步进电机28BYJ48型四相八拍电机， 电压为DC5VDC12V。 当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一 个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转 子转过一定的角度（一个步距角） 。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过 一个齿距。 四相步进电机可以在不同的通电方式下运行， 常见的通电方式有单 （单 相绕组通电） 四拍 （A-B-C-D-A） ， 双 （双相绕组

5、通电） 四拍 （AB-BC-CD-DA-AB） ， 八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 1.1 (a)、 (b)、(c)所示。 a. 单四拍 b. 双四拍 c 八拍 图图 1.1 步进电机工作时序波形图步进电机工作时序波形图 1.3 课程设计思路课程设计思路 (1) 提出方案 电机的运转一般由脉冲和方向信号来控制的，脉冲的频率控制电机的转速， 脉冲的个数控制电机的转角；方向信号的高、低电平控制着电机的正、反转。用 单片机控制步进电机，可以用一个输出口发送脉冲：高电平-延时-低电平-延 时延时的长短控制脉冲的频率，电平的

6、转换次数就是脉冲个数。 因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移 或线位移的开环控制元件。所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机 控制的关键。 3 (2) 方案论证 用单片机来产生这个脉冲信号，通过单片机的 P1 口输出脉冲信号，因为所 选电机是四相的，所以只需要 P1 口的低四位 P1.0P1.3 分别接到电机的四根电线 上。定时器定时来调整电机的转速，通过键盘的按钮，就可以对步进电机启动和 停止以及转动方向节拍的控制， 单片机上 P3.0P3.1 连的是按键， 这里键盘上的 D 键为启动与 A 键停止键，B 键为反转键，C 键为正转键，K0、K1 键为节拍控制 键。用 8051 单片机作为控制芯片。 设计方案的确定 对步进电机的控制和驱动方案： 方案一：使用多个功率放大器件驱动电机，通过使用不同的放大电路和不同 参数的器件，可以达到不同的放大要求，放大后能够得到较大的功率。但是由于 使用的是四相的步进电机，就需要对四路信号分别放大，由于放大电路很难做到 完全一致，