论文总字数：16332字

摘 要

步进电机可以将脉冲信号转变为角位移从而达到转动的目的，它的旋转是一步一步执行的，当每一步的转动连接起来的就变成了电机的旋转。本文有单片机发出电脉冲信号，经过功率放大后发送给步进电机，步进电机根据脉冲信号进行转动，转动的的速度和加速度有脉冲频率决定。步进电机是没有积累误差的，因此大部分的开环控制都会应用到。

本文还介绍了单片机的性能特点以及步进电机的基本原理。整个硬件分为四个大部分，人机交互模块，显示模块，驱动模块，控制模块。控制模块的核心是单片机，驱动模块运用ULN2003A来进行放大信号驱动步进电机工作，显示模块能够实时显示电机的转速。驱动模块将单片机的脉冲信号进行放大后输入到步进电机，实现步进电机的启停，加减速，正反转等功能。

关键字：步进电机；脉冲信号；驱动机构；单片机；转动

Design of The Control System of Step-motor

Abstract

Stepper motor pulse signal can be converted into angular displacement so as to achieve the purpose of rotation, its rotation is performed step by step, every step of the rotation when connecting the motor becomes a rotation. This article has MCU sends electrical pulses through the power amplifier is sent to the stepper motor, stepper motor rotates according to the pulse signal, the speed of rotation and acceleration pulse frequency is determined. Stepper motor is no accumulation of errors, so most of the open-loop control will be applied to.

This article also describes the basic principles of the performance characteristics of the microcontroller and stepper motor. The entire hardware is divided into four parts, the interactive module, display module, drive module, the control module. Microcontroller core control module, driver module using ULN2003A to amplify the signal to drive a stepper motor operation, the display module capable of real-time display of the motor speed. Rear drive module microcontroller input pulse signal is amplified to a stepper motor, stepper motor start and stop, acceleration and deceleration, reversing functions.

Key Words: Stepper motor; pulse signa; driving mechanism; singlechip; rotation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究概况 1

1.3设计方案 1

1.4本文的主要内容 3

第二章 系统硬件设计 3

2.1单片机的简介 3

2.1.1 STC89C52RC单片机 3

2.1.2 STC89C52RC单片机的主要特性，参数及引脚说明 4

2.2步进电机的简介和工作原理 6

2.2.1步进电机简介 6

2.2.2步进电机的特性 7

2.2.3步进电机的工作原理 7

2.3驱动模块 10

2.4显示模块 12

2.5人机交互模块 12

2.6电源模块 13

第三章 系统软件设计 14

3.1软件设计概述 14

3.2程序设计思路 15

3.3程序流程图 15

3.3.1主程序的流程图 15

3.3.2读控制键子程序流程图 16

3.3.3按键处理子程序流程图 17

第四章 系统的调试 18

4.1 软件的仿真 18

4.2 硬件电路的调试 18

第五章 总 结 20

致 谢 21

参考文献 22

附 录 23

第一章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

步进电机是将脉冲信号转变成角位移的元件，它能够在宽广频率内改变脉冲频率实现电机的调速，正反转等功能。使用步进电机做成的开环系统结构简单，价格便宜，因此在很多设备如打印机，ATM等上都有运用。我们学习步进电机对我们在以后的学习生活都有一定的帮助，毕竟社会在进步，而步进电机的使用也越来越多。

1.2 国内外研究概况

步进电机最早是英国发明的。最早在20世纪二三十年代就有了，当时的步进电机组要用在钥匙制造、打孔、简单针式打印技术。之后在文化大革命期间逐步传人到中国，主要集中到长三角地区。当时的江苏、上海、浙江等地区引进外国步进电机用于手工艺制造等行业，步进电机所需的控制CMOS管主要靠进口。目前大部分的行业都会有用到一些步进电机，常见使用步进电机的设备有打印机，复印机，ATM等。

目前国外由于大扭矩步进机性价比不高，在大功率工业器材驱动上基本都不再使用它，相对而言会使用直流电动机比较多一些，交流电机会在一些少数高级应用上。

国内过去实现机床数控都会使用步进机，而且是大力矩的。有时候也会使用交流电机进行机床数控。国内外差距主要在驱动设备上，国外将先进的控制理论运用软件写在控制器内部。

本次我使用的步进电机是28BYJ-48永磁式步进电机，主要是通过单片机来控制它的，此步进电机动态性能较好，输出力矩较大，虽说误差较大，不过价格较低，对我的设计而言算是性价比比较高的。其中28代表步进电机的有效最大外径为28mm，B表示步进电机，Y表示是永磁式，J是减速型，48表示四相八拍，使用它足以完成此次设计的要求。

1.3设计方案

一般设计步进电机控制系统要依据电机的优缺点，然后多写出多种方案去实现。本次系统一共分为五大模块，分别是人机交互模块，控制模块，驱动模块，显示模块，电源模块。控制模块中STC89C52RC单片机主要是用来发出电脉冲信号，是整个控制系统的核心，我们可以通过改变脉冲的频率来控制电机的速度。驱动模块运用ULN2003A是用来将单片机发出的脉冲信号进行放大后输入步进电机，因为不放大驱动效果不好甚至驱动不了。步进电机是28BYJ-48永磁式步进电机，它转动的效果是检验本次设计好坏的标准，是四相五线制步进电机，通过每次只有一根线连通让步进电机转动一小步，通过连续不断的接通让步进电机转动起来。显示模块用共阳极数码管可以简单的显示出步进电机的档数，方便简单。LED灯一共用了4个，也是同步显示速度的，几个灯亮表示是几档。按键模块主要是用来人手动控制步进电机的，主要有启停，正反转，加减速和复位。如图2.1硬件系统图所示。

图2.1 硬件系统图

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