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总课程设计报告题目：步进电机的控制专业：电子信息工程年级：2010级学号：1010612043学生姓名：张天桂联系电话：18778438543指导老师：黄杰完成日期：2013年12月20日贺州学院课程设计报告1步进电机的控制摘要利用8051单片机STC89C51，集成芯片ULN2003以及电阻晶振等集成元件和分立元件，制作简易智能化的步进电机控制系统，实现基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。经测试，系统达到四相步进电机的正反转，急停，测速以及显示速度等级等功能的要求，具有精度高、体积小、控制方便灵活的优点。关键词：8051单片机；ULN2003；四相步进电机贺州学院课程设计报告1ABSTRACTUsing8051microcontrollerSTC89C51,integratedchipULN2003resistanceaswellasintegratedcomponentssuchascrystalsanddiscretecomponent,tomakesimpleintelligentsteppermotorcontrolsystem,theimplementationisbasedon8051singlechipmicrocomputeroffourphasesteppermotoropen-loopcontrolsystem.Aftertesting,thesystemachievefourphasesteppermotorandreversing,stop,speedmeasuringanddisplayspeedlevelfunctionssuchasrequirement,withhighaccuracy,theadvantagesofsmallvolume,convenientcontrolandflexible.KeyWords:8051singlechipmicrocomputer;ULN2003;Fourphasesteppermotor..贺州学院课程设计报告1目录摘要........................................................................................................................................IABSTRACT........................................................................................................................II1设计要求及方案选择.....................................................................................................41.1设计要求........................................................................................................................41.2方案选择........................................................................................................................42理论分析与设计.............................................................................................................42.1步进电机原理及控制..................................................................................................42.2设计原理分析..............................................................................................................62.3方案论证.......................................................................................................................83电路设计.............................................................................................................................93.1硬件电路的设计..........................................................................................................93.2软件的设计.................................................................................................................134系统测试..............................................................................................................................174.1调试所用的基本仪器清单.......................................................................................174.2调试结果与分析.........................................................................................................175总结.........................................................................................................................................17参考文献................................................................................................................................18附录............................................................................................................................................18PCB图..................................................................................................................................19实物图.................................................................................................................................19贺州学院课程设计报告11设计要求及方案选择1.1设计要求（1）查阅资料，了解步进电机的工作原理；（2）通过单片机给步数控制电机的转动；（3）通过按钮可控制启停及正反转；（4）测量步进电机的转速；（5）所用到的电路板必须有作者的名字和学号。1.2方案选择1.2.1步进电机控制方案方案一：基于电子电路的控制步进电机受电脉冲信号控制，电脉冲信号的产生、分配、放大全靠电子元器件的动作来实现。由于脉冲控制信号的驱动能力一般都很弱，因此必须有功率放大驱动路。步进电机与控制电路、功率放大驱动电路组成一体，构成步进电机驱动系统。此种控制电路设计简单，功能强大，可实现一般步进电机的细分任务。这个系统由三部分组成：脉冲信号产生电路、脉冲信号分配电路、功率放大驱动电路。系统组成如图1-1所示。贺州学院课程设计报告2图1-1基于电子电路控制系统此种方案即可为开环控制，也可闭环控制。开环时，其平稳性好，成本低，设计简单，但未能实现高精度细分。采用闭环控制，即能实现高精度细分，实现无级调速。闭环控制是不断直接或间接地检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适当的处理，自动给出脉冲链，使步进电机每一步响应控制信号的命令，从而只要控制策略正确电机不可能轻易失步。该方案多通过一些大规模集成电路来控制其脉冲输出频率和脉冲输出数，功能相对较单一，如需改变控制方案，必须需重新设计，因此灵活性不高。方案二：基于PLC的控制PLC也叫可编程控制器，是一种工业上用的计算机。PLC作为新一代的工业控制器，由于具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学和可靠性高等优点而广泛应用于各行业的自动控制系统中。步进电机控制系统有PLC、环形分配器和功率驱动电路组成。控制系统采用PLC来产生控制脉冲。通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制步进电机的转角进而控制伺服机构的进给量，同时通过编程控制脉冲频率来控制步进电机的转动速度，进而控制伺服机构的进给速度。环形脉冲分配器将PLC输出的控制脉冲按步进电机的通电顺序分配到相应的绕组。PLC控制的步进电机可以采用软件环形分配器，也可采用硬件环形分配器。采用软件环形分配器占用PLC资源较多，特别是步进电机绕组相数大于4时，对于大型生产线应该予以考虑。采用硬件环形分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省PLC资源，目前市场有多种专用芯片可以选用。步进电机功率驱动电路将PLC输出的控制脉冲放大，达到比较大的驱动能力，来驱动步进电机。采用软件来产生控制步进电机的环型脉冲信号，并用PLC中的定时器来产生速度脉冲信号，这样就可以省掉专用的步进电机驱动器，降低硬件成本。但由于PLC的扫描周期一般为但由于PLC的扫描周期一般为几毫秒到几十毫秒，相应的频率只能达到几百赫兹，因此，受到PLC工作方式的限制及其扫描周期的影响，步进电机不能在高频下工作，无法实现高速控制。并且在速度较高时，由于受到扫描周期的影响，相应的控制精度就降低了。方案三：基于单片机的控制脉冲控制器环形分配器功动率电放路大驱步进电机贺州学院课程设计报告3采用单片机来控制步进电机，实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器，达到了对步进电机的最佳控制。系统中采用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。由于单片机的强大功能，还可设计大量的外围电路，键盘作为一个外部中断源，设置了步进电机正转、反转、档次、停止等功能，采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序，完成对步进电机的最佳控制，显示器及时显示正转、反转速度等状态。环形分配器其功能由单片机系统实现，采用软件编程的办法实现脉冲的分配。本方案有以下优点：(1)单片机软件编程可以使复杂的控制过程实现自动控制和精确控制，避免了失步、振荡等对控制精度的影响；(2)用软件代替环形分配器，通过对单片机的设定，用同一种电路实现了多相步进电机的控制和驱动，大大提高了接口