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摘 要

随着微电子和计算机技术的发展，对于步进电动机的需求一直在增长，而且步进电机在很多领域都有着相当广泛地应用。例如打印机、手工业自动控制、组合机床、计算机外围设备、照相机、投影仪、数码摄像机、数控机床等办公自动化设备和各种控制装置。

本次设计是在AT89C51芯片的基础上，使用了数码管显示电路和步进电机以及驱动芯片ULN2003、按钮、指示灯等辅助硬件电路，对步进电机的转动方向和速度快慢进行了设计。编写了相应的控制程序，并使用Keil和Proteus软件进行对代码进行了调试和仿真，实现了对步进电机功能的控制及仿真。

关键词：步进电机 单片机 Proteus Keil 仿真

Design and simulation of Stepping motor

Abstract

With the development of microelectronics and computer technology, the demand of stepping motor grow with each passing day.In the printer, the handicraft industry automatic control, combined machine tool, computer peripheral equipment, camera, has an extremely wide range of applications in many fields, projector, digital camera, CNC machine tools and other office automation equipment and various control device.

The Proteus design environment based on AT89C51 chip, used digital tube display circuit and stepper motor and drive chip ULN2003, buttons, lights and other auxiliary hardware circuit, the design of the stepper motor positive inversion and speed regulation system. Written in assembly language the main control-chip control program,and with the use the Keil and Proteus software to debug and emulate, as a result to achieve the simulation and control of stepping motor.

Key Words：Stepping motor;MCU;Proteus;Keil;Simulation

目录

步进电机控制器的设计与仿真 I

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 步进电机的历史与发展 1

1.2 课题研究意义 1

第二章 总体方案设计 3

2.1 设计任务 3

2.2方案论证 3

2.2.1控制方式的确定 3

2.2.2驱动方式的确定 4

2.3 系统构成框图 4

第三章 硬件设计 6

3.1 时钟电路 6

3.2 复位电路 6

3.3转向指示电路 7

3.4数码管显示电路 8

3.4.1 LED数码管的分类 8

3.4.2 LED数码管的原理 9

3.4.3 LED数码管的驱动 10

3.5按键电路 11

3.6驱动电路 12

3.6.1 步进电机驱动器的原理 12

3.6.2 步进电机驱动器的选择 13

3.6.3 ULN2003的介绍 14

3.6.4 驱动器接线图 14

3.7 AT89C51单片机的介绍 15

3.7.1 AT89C51性能介绍 15

3.7.2 AT89C51引脚功能说明 16

第四章 软件设计 19

4.1 主程序设计 19

4.1.1 主程序流程图 19

4.1.2 步进电机正/反转 20

4.1.3 步进电机加/减速 21

4.1.4 中断分析 21

4.2 步进电机运行子程序流程图 25

4.3 数码管显示子程序 27

第五章 系统的仿真和调试 28

5.1 Keil uVision4编译 28

5.2 Proteus仿真 29

5.2.1 Proteus绘制电路图 29

5.2.2 仿真结果 31

第六章 总结和展望 34

参考文献 35

致谢 36

第一章 绪论

1.1 步进电机的历史与发展

在激光和光学方面步进电机经常用于精确定位设备诸如领域线性致动器、线性台、旋转台、测角仪和镜座。其他用途还有流体控制系统的阀门。近年来也应用在3D打印机上。

1.2 课题研究意义

步进电机本身的一些性能参数，如步距角、转矩等，还有电机相关的相电阻和相电压等等都会影响步进电机整体的性能。驱动器的选择要根据实际需要选择满足要求的驱动器。除了这些硬件方面的因素，控制程序的编写和加速减速等变速系统的设计都会在实际使用步进电机时影响到使用效果。步进电机在航空航天或电动玩具等自动化控制上的大小部件上都有着非常广泛的应用，所以做好步进电机有很大的意义。

第二章 总体方案设计

2.1 设计任务

以AT89C51单片机为核心，设计一个步进电机运行控制器，并通过Proteus软件仿真实现。主要功能如下：

可通过按键开关控制步进电机的正反转和加减速，并在LED显示器上显示相应信息（旋转方向和旋转速度等）。

本次设计选择采用的驱动器是ULN2003，电机选择的是四相八拍的步进电机，程序语言采用汇编语言编程。在本次设计中，步进电机的旋转方向即正转或反转通过改变步进电机的通电相序来改变，步进电机的旋转速度则通过改变每步之间的延迟长短来改变。

2.2方案论证

2.2.1控制方式的确定

（2）延时方法：通过调用步进电机延时子程序来实现对步进电机转动速度的加速和减速。在每次换向后调用一个延迟子程序，延迟结束后再执行换向，一直重复循环

这个过程，这样就会发出一定频率的脉冲。所调用的延迟子程序的延迟时间加上换向

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