论文总字数：19502字

摘 要

步进电机是一种开环控制元件，它主要实现的目的是转动。步进电机每接受到一个脉冲信号，就转动一定的角度，接受的信号频率越快，就转动的越快，接受的频率个数越多，转动的角度就越大。据此可以控制步进电机的转动。目前，步进电机作为一个执行元件，广泛的被各种自动化控制产品所采用，它被视为机电一体化的关键产品之一。现代科技飞速发展，计算机技术已经被广泛的采用，微型计算机已经落入寻常百姓家。这为现在步进电机控制技术的发展提供了良好的基础，但是学好步进电机绝非易事，它设计到机械、电子、计算机等多个专业的知识。

本次设计的目的是实现对步进电机的启动与停止、正转与反转、加速与减速的功能，并用数码管显示当前工作状态。经过筛选，选择STC89S51作为本系统的核心，采用ULN2003构成步进电机驱动电路，选择28BYJ-48作为被控对象，使用共阳极数码管来显示步进电机的工作状态。

关键词：步进电机；单片机；正反转控制；数码管

Design and Implementation of Stepper Motor Control System Based on the Microcontroller

Abstract

Stepper motor is an open-loop control element, it is mainly to achieve the purpose of turning.t.Everytime stepper motor get a electrical pulse signal,turns a certain angle,faster the signal received,faster rotation,and received more signal,turns more angle.According to this principle,we can control the rotation of stepper motor.At present,the stepper motor widely used in various automation products as a executive element,it is regarded as one of the key electromechanical products.Rapid development of modern science and technology, computer technology has been widely used, the microcomputer has fallen into the homes of ordinary people. Thisprovides a good foundation for the development of current control technology of stepping motor. But to learn the stepper motor is not easy, it involves mechanical, electronics, computers and other professional knowledge.

The purpose of this design is to realize the following functions:start and stop the turn of stepper motor,make the stepper motor turn faster or more slower,drive the stepper motor forward and inversion.After screening,I choose the STC89S51 as the core of this system,the ULN2003 based for stepper motor drive circuit, 28BYJ-48 is chosen as the object for control, and last, the common anode digital tube to display the working state of the stepper motor.

Keywords:Stepper Motor;Microcontroller;Reversing Control;Digital Tube

目 录

基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现 I

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 步进电机的历史及发展 1

1.2 国内步进电机发展历史 1

1.3 设计研究内容 2

第二章 步进电机控制系统的设计 3

2.1 系统的框架 3

2.2 单片机的选择 3

2.3 步进电机的选择 4

2.4 电路驱动的选择 4

第三章 系统硬件电路设计 5

3.1 系统硬件总电路构成 5

3.2 步进电机系统 5

3.2.1 步进电机的控制基本思路 5

3.2.2 步进电机的特点 5

3.2.3 步进电机的种类 6

3.2.4 28BYJ-48步进电机 6

3.3 单片机系统 8

3.4 按键控制电路 9

3.5 数码管显示电路 10

3.6 步进电机驱动电路 10

第四章 软件的设计 13

4.1 主程序流程图 13

4.2 按键扫描子程序流程图 14

4.3 按键处理子程序流程图 15

4.4 步进电机控制中断子程序流程图 16

第五章 系统的调试与运行结果 17

5.1 调试与改进 17

5.2 运行结果 17

5.3 总结 18

致 谢 19

参考文献(References) 20

附 录 21

附录A 21

附录 B 22

第一章 引 言

1. 1 步进电机的历史及发展

步进电机是一种基于最基本的电磁感应作用工作的开环控制元件，又被称为脉冲电动机或者阶跃电动机。步进电机的基本工作原理是：每当其接收到一次脉冲信号，就转动一定的角位移或者线位移，如果没有接收到脉冲信号，就保持静止^[1]。从广义的角度上看，步进电机属于无刷式直流电机并且被脉冲信号所控制。基于单片机的步进电机控制系统在各个领域都有应用，比如线切割的工作台运动、ATM机、刻字机、工业控制系统等等，并且特别适合要求性能稳定、误差率低、响应迅速、运行时产生噪音小、具有较长的使用寿命以及能输出较大扭矩的应用场合。自从迈入了21世纪，传统的工业社会时代的步进电机已经不能满足信息技术社会的要求，各个领域对高性能的步进电机的需求日益增长，因此越来越多的科研人员把目光投向了步进电机的研究。

19世纪三十年代左右，出现了一种可以自由回转的电磁铁，被普遍的认为是步进电机的雏形。它的工作原理是通过气锋磁导的变化产生电磁转矩，与如今的反应式步进电机比较类似。

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