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摘 要

步进电机由于发展迅猛，又因其具备优良的控制性，所以被广泛地运用在工程实践中。本控制系统着眼于自动化专业知识，结合实践应用，采用目前比较常用的MCS-51单片机作为主控芯片和实际应用中经常用到的步进电机作为被控对象。采用驱动器ULN2003为步进电机提高脉冲信号，从而实现电机的正反转、加减速和急停操作，目的是为了训练学生的编程能力和加深学生对运动控制原理与微机原理等课程的理解。本设计使用KEIL C51开发环境，首先将各模块初始化，接着编程调试运行，从而实现全部功能。

通过软件硬件的设计，以成本低、实用性为目的，从而对系统进行全面有效率的控制。

关键词：MCS-51单片机；步进电机；加减速；驱动器；正反转

MCS-51 microcontroller stepper motor control system based on

Abstract

Due to the rapid development of the stepper motor, and because it has excellent control, so it has been widely used in engineering practice. The control system based on automation ofprofessional knowledge, combined with practical application, more commonly used MCS-51 microcontroller as the main control chip and is often used in practical application of the stepper motor as the object. The ULN2003 driver for stepping motor to improve the pulse signal, so as to realize reversible motor, deceleration and stop operation, the purpose is totrain the students programming ability and deepen the students to exercise control principle and principle of microcomputer course understanding. This design uses KEIL C51 development environment, the first module initialization, then programming debugging and running, so as to realize all functions.

Through the design of software and hardware, with low cost, for the purpose of practical, so as to control the overall efficiency of the system.

Keywords: MCS-51 microcontroller ； the stepper motor;deceleration;driver;reversible motor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 步进电机发展概况及现状 1

1.3 单片机发展概况及现状 1

1.4 本课题主要研究内容 2

第二章 课题需求分析与方案论证 3

2.1 系统工作原理 3

2.2 可行性分析 3

2.3 系统整体方案设计 3

2.4 本章小结 4

第三章 控制系统硬件设计 5

3.1 MCS-51系列微控制器 5

3.1.1 概述及基本特性 5

3.1.2 STC90C516RD 芯片 6

3.1.3 引脚功能P0~P3 7

3.2 CPU结构 9

3.2.1 运算器 10

3.2.2 控制器 10

3.2.3 最小系统 11

3.3 I/O外部设备 12

3.3.1 八位数码管显示器 12

3.3.2 键盘模块 13

3.4 驱动设备 13

3.4.1 步进电机 14

3.4.2 ULN2003驱动器 16

3.5 电源模块 16

3.6 本章小结 17

第四章 控制系统软件设计 18

4.1 KEIL C51开发工具 18

4.2 主程序及各模块程序流程图 19

4.2.1 主程序流程图 19

4.2.2 八位LED数码管显示程序流程图 19

4.2.3 正反转程序流程图 20

4.2.4 加减速程序流程图 20

4.3 本章小结 21

第五章 系统调试及运行结果分析 22

5.1 STC 51系列芯片程序下载软件 22

5.2 接线说明及实物成果 23

5.3 本章小结 24

第六章 毕设总结 25

6.1 毕设总结分析 25

致谢 26

参考文献 27

附录 28

附录一：系统电路原理图 28

附录二：程序代码 29

第一章 引 言

1.1 课题研究的背景及意义

控制系统对步进电机的控制通过步进电机驱动器来完成。因此它已经被广泛的用于自动控制系统中作为执行元件。原来的步进电机控制回路是由集成电路构成的，它的成本很高，耗时太多，需要错综复杂的程序安装调试过程，也要消耗大量的元器件。主要是该步进电机制成后，控制回路基本不能改动，所以要重新优化设计控制部分。

随后的发展中，特别是1980年后，随着微型计算机的快速发展，全世界在军事和经济领域对步进电机的使用数量增长的如春笋般。因此，步进电机控制回路的方式越来越多，越来越新颖化。比如，基于微型单片机的步进电机的使用已然成为一种潮流，并且也与时俱进。

步进电机实际上是将电脉冲信号转成步距角的一种控制电机，它被这些优点所包围：简单明了的构造装备；安全可靠的运行环境；响应快。步进电机的误差小，是因为不管外界环境如何改变，步距角都不变，所以在工程的实践中操作方便。^[1]

随着微型电子技术的发展，步进电机的研制开发对我们生活、工业具有重大的意义。

1.2 步进电机发展概况及现状

二十世纪二十年代，英国人发明了步进电机。我们在机器的生产过程中，通过对自动化高要求效率高，劳动量小的同时，步进电机的踪影无处不在。50年代后通过晶体管发明的出现，这些技术也运用到了步进电机中，从而更方便地控制数字化操作。步进电机结构形式多种多样，随着不断地改进，如今步进电机已被广泛地运用在高定位精度、高分解能力、高响应性系统、可靠信赖性等具有高控制性的机械系统中。最多被运用的场合是在对位置精确判断及速度控制更灵活的操作每个指令。^[2]

在步进电机如洪水般发展的七十年中，混合式与磁阻式电机成为了主要的格局。步进电机在工业中，通过低速永磁同步电机设计的混合式是工业应用最为广泛的步进电机品种。 步进电机在工业自动化装备，办公自动化设备中有这广泛的应用，优化了伺服控制理念设计方案及措施的具体实现。近年来，步进电机控制技术的进步被计算机控制技术及微电子技术的迅速发展有力地推动了，充分反映了步进电机伺服控制技术的最新发展。

1.3 单片机发展概况及现状

1972年4月，霍夫开发出第一个8位微处理器Intel 8008。后来经过两年的不断改进，76年通过Intel公司开发的MCS-48系列单片机的问世对社会生活有着重大的意义，单片机逐渐被运用在微型电子技术和自动化设备工程中。之后的几年，该公司在原来的基础上又开发了MCS-51系列单片机基本内核为核心的各种扩展型，增强型的新型单片机不断推出。^[3]

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