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摘 要

现在由于控制、电子信息和微电子技术的高速发展，有效地推动了单片机控制的进步电机和更高水平电机运动控制的应用，在我国的步进电机的设计已经达到了一个比较成熟的阶段，它已经运用到了生活的方方面面，现在已经在工业化生产以及办公自动化等方面已经有了很多技术上的应用。

这个项目的目的是用一个51单片机来控制电机的转动速度和角度位移。该项目主要涉及的是STC89C51单片机、四相的步进电机、数码管器件等相关的电路，它包括电路设计、软件规划、协调软件及相关硬件、设计对象和利用仿真软件proteus仿真的实现其功能、被控对象的转动、正向和反向转动以及加速和减速、复位，它可以把电机转动的级别显示在数码管上，比较具有实用性。

关键词：步进电机；STC89C51单片机；proteus仿真；

Design and implementation of small stepping motor control system based on single chip microcomputer

Abstract

The rapid development of control, electronic information and microelectronic technology has effectively promoted the progress of single-chip microcomputer control motor and the application of higher level motor motion control, the design of the stepper motor has reached a mature stage in our country, it was used in all aspects of life, is now in the industrialized production and office automation and so on many technical applications.

This topic takes 51 monolithic integrated circuit as the core, controls the motor speed and the Angle displacement. Project mainly involves STC89C51 microcontroller, four phase stepper motor, digital tube equipment and related circuit, including circuit design, software planning, coordination and related hardware, software, design objects and deformation simulation using the simulation software to realize its function, the digital pipeline displays a digital map of subjects controlled by rotation, reversal, strategy, and switching points. Is a basic function of the system, can run well.

Key words: stepper motor; STC89C51 single-chip microcomputer; Simulation of deformation;

目录

第一章 绪论 1

1.1步进电机的背景与发展 1

1.2步进电机在我国的发展及应用 1

1.3 论文研究内容 1

第二章 步进电机控制系统总方案 3

2.1 系统框架 3

2.2 主控芯片的选择 3

2.3 步进电机的选择 4

2.4电机驱动的选择 4

第三章 系统硬件电路的设计 5

3.1系统硬件总电路构成 5

3.2步进电机系统 5

3.2.1四相步进电机的工作原理 5

3.2.2正反转实现原理 6

3.2.3步进电机特征 6

3.2.4步进电机分类 7

3.2.5永磁电机控制原理 7

3.3单片机系统 8

3.3.1单片机最小系统 8

3.3.2单片机引脚功能 9

3.3.3主要特性 10

3.4键盘控制电路 11

3.5数码管的驱动显示电路 12

3.6步进电机的驱动电路 12

第四章 控制系统的软件分析与设计 15

4.1主程序流程图 15

4.2读取按键子程序的流程图 16

4.3按键处理子程序的流程图 16

4.4电机控制中断程序的流程图 17

第五章 系统调试与改进 19

5.1仿真与实物调试 19

5.2调试与改进 20

5.3运行结果 21

结束语 22

致谢 23

参考文献 24

附录A 原理图 25

附录B 仿真图 26

附录C 源代码 27

第一章 绪论

1.1步进电机的背景与发展

由于电机控制的重要性逐年增加，现在步进电机也有了很大的发展。一方面，运行的电机是一个控制引擎，它运行在反馈电路中，可以控制速度和位置，现在自动化机器主要应用于办公自动化(OA)，自动化机器以工厂使用为核心，广泛应用于医疗设备、测量设备、汽车、视频游戏等。在数量上，OA占电机运行的75%左右。

另一方面，在控制电路中，电机的发展关系到半导体器件的发展，1950年出现了MOS发光二极管，1965年出现IC以及1967年以后特别是半导体材料发展迅速，使其在1950年至1965年期间由于成本低、可靠性高而使得运用得到了极大的提高。

1.2步进电机在我国的发展及应用

步进电机的开发和生产在我国自1950年代以来,50到60年代主要研究机构和高校的研究和开发的小型交流链,包括与半导体器件产品GuoChanHua,当所有这些部分完全分开，20世纪70年代初反应式步进电机的研究起步，在70年代中期和80年代中期相对成熟，20世纪70年代和80年代是黄金时期，自20世纪80年代以来，高性能电机得到了迅速的应用和发展。

HB混合式是卡尔·费尔塔格于1952年发明的。目前HB双极结获得了美国专利2项。首先在美国，如低指导高级电气公司支持两个阶段是8°角的步进电机。当时，由于电流、电感和持续电压之间的关系，只有300 PPS(目前为10-20 KPPC)。IMCSD发布的许多工作都与walker engine有关，该电机已被科学家和企业技术广泛研究。

1.3 论文研究内容

本次选择的是用单片机来控制步进电机的运行，单片机的型号是选择了ST89C51，电机的选择上是一个型号是28BYJ-48的四相选择的步进电机，通过改变脉冲的输入来让电机按指定的方向来运行一个固定的角度并且脉冲的输入可以让电机的角度的位移发生相应的改变，就可以操纵它的精准性的准确操作，并且还可以用脉冲的输入的频率进而对电机的转动的速度的操控以及调节它相应的速度大小。此次设计是通过脉冲的数量个数的改变以及脉冲的频率的调节来对电机的转动的速度大小实现其相应的变化，并且用了数码管能够把电机的转动的速度的级别直观地显示出来。此外，单片机可以实现其正反转，由于步进电机无累积误差，在各种开环的控制系统中得到了广泛的应用。

本次设计目的是要用单片机能让步进电机的旋转的速度大小能够改变和它的转动的方向也能够变化，选用的是STC89C51，用键盘操控电机的旋转的速度大小和旋转的方向并且能够使其旋转的速度的等级在数码管上显示出来，其速度所对应的等级如表1.1：

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