论文总字数：13901字

摘 要

：本设计以步进电机控制系统为研究对象，控制系统硬件由单片机、五线四相28BYJ48步进电机、ULN2003驱动器以及LED等模块组成。单片机根据按键输入指令，产生脉冲信号，实现对步进电机的正反转以及转速和转向的控制，并通过LED指示灯显示其速度等级。

最后在开发的平台上进行了实验，结果证明了设计的正确性。

关键词：步进电机控制，ULN2003，单片机

Abstract: This design takes stepper motor control system as the research object, and the control system hardware consists of single chip microcomputer, five-wire four-phase 28BYJ48 stepping motor, ULN2003 actuator and LED module.The single-chip microcomputer generates pulse signal according to the input instruction of the key, and realizes the control of the forward and backward rotation of the stepping motor and the rotation speed and steering, and shows its speed level through the LED indicator light.Finally, the experiment was carried out on the developed platform, and the correctness of the design was proved.

Keywords: Stepper motor, ULN2003, STC89C52

目 录

1 绪论 3

1.1 步进电机的发展及现状 3

1.2 课题研究内容及意义 3

2系统总体设计方案 4

2.1 总体方案设计 4

2.2 步进电机的工作原理及特性 4

2.3 ULN2003驱动模块 5

2.4 STC89C52单片机的内部组成 7

3硬件设计 9

3.1 STC89C52单片机最小系统设计 9

3.2 复位电路和时钟电路设计 10

3.3 电源电路设计 11

3.4 按键电路设计 12

3.5 速度等级指示灯电路设计 12

3.6 步进电机驱动电路设计 13

4 软件系统的设计与系统功能的实现 13

4.1 软件开发环境 13

4.2 主程序流程图 14

4.3 读键盘子程序流程图 15

4.4 键盘处理子程序流程图 16

5 仿真 17

7 总结 22

参考文献 23

致 谢 24

附录 24

1绪论

1.1 步进电机的发展与现状

我国步进电机的发展史，开始于1970年初，开始的标志是在这个时期已经有部分的公司研发步进电机，这个时候步进电机尚处于研发以及实验生产阶段，并没有被广泛应用。到了1975年至1985年，这十年是步进电机从研发阶段到成品阶段的过渡时间，从那以后高性能电机发展良好，步进电机的被广泛应用得益于近些年永磁材料，半导体技术，以及计算机技术的快速发展。

当今社会运用比较多的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机等。在当今社会，投入运用最多的是反应式步进电机。步进电机在现在的工业化社会被广泛的投入使用，他的优点包括结构简单，便于操作，易于控制。特别是它的步距值会因为电压、温度的改变而变化，他的误差不会长期积累的特点，这些对于实际应用非常有利。在日常生活中，能接触到的打印店里的打印机，平时拍照用的照相机，他们的内部组成都包括步进电机。在一些医院里面，那些医疗器械的结构也包括步进电机，特别是在大工厂里，因为工业自动化的发展，步进电机被大量使用。

1.2课题研究内容及意义

现在步进电机已被广泛使用，但是步进电机不能像直流电机和交流电机在常规下使用，它必须拥有功率驱动电路以及双环型脉冲信号等组成的控制系统才可以使用。本论文主要研究步进电机的启动和停止，还有基于单片机的步进电机速度、方向的控制。利用单片机控制步进电机能够实现工业自动化、提高生产的效率、以及减轻劳动强度。

因为工业自动化的高速发展，社会在进步，各种大机器，高新产品不断出现，当然，步进电机的发展也不能停滞不前，步进电机的控制技术必须呼应时代的需求，这样才能满足工业自动化的需求，不被时代所淘汰。步进电机是一种接受脉冲信号将这个接受到的脉冲信号转变成角位移的器件，其实也就是能够实现将电能向机械能的转化。为此我们要研究如何才能实现步进电机完成电能到机械能的转化，本文就对此设计的一个步进电机控制系统，运用单片机来作为主控芯片，通过ULN2003驱动器进行对于步进电机的启动，停止，转动方向，转动速度的控制。

做这个设计一方面是为了研究步进电机的控制系统原理，一方面是因为电子电力技术的发展，计算机技术的发展，以及C语言的发展，使得对于步进电机控制系统的研究变得很有现实意义。因为该设计研究要用到单片机、C语言、以及电子电力技术等方面的相关知识。

2 系统总体方案设计

2.1 总体方案设计

该系统由STC89C52主控制芯片模块、按键模块、ULN2003驱动模块、速度等级指示模块和其他模块组成。该系统具有启动、停止、调速、转向功能。对步进电机进行控制，可通过4个键控制步进电机的各种旋转状态。并且利用4个LED发光二极管来显示当前的速度等级。步进电机控制系统的结构框图如图2-1所示。

图2-1系统结构框图

2.2步进电机的工作原理及特性

步进电机实际上是数字控制电机，完成的是将电信号转变成角位移的操作，在步进电机上有转子，转子外面有齿，相邻两个齿之间可以由A、B、C、D四个相分成三个部分，当A 通电时，位置不变，当B 通电而其它三个通道断电时，由于磁吸力作用转子转到B上，当C通电其它三个通道断电时转子转到C上，当D通道通电，其他三个通道断电时，转子转到D上，当A和B 都通电其它两个通道断电时转子转到AB的中间，这时的步进角度为上面从A 转到B 步进角度的一半。其中从A转到B为一拍，A-B-C-D-A为逆时针转动，为单四拍转动。

步进电机和其他电机比较大的区别在于：它是基于输入脉冲信号进行控制的，它是根据脉冲输入的数量来控制电机旋转角度，并使用脉冲信号频率来控制电机转速。

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