基于51单片机的步进电机控制系统设计.doc

基于 51 单片机的步进电机控制系统设计

中文摘要

步进电机是一种受，并且能将相应的或者的电动机。由于步进电机具有步距

误差不积累、运行可靠、结构简单、惯性小、成本低等优点,因此,被广泛使用于

计算机外围电路、自动化控制装置以及其他的数字控制装置中,如打印机、钟表、

数模转换设备等装置中。随着科学技术的快速发展，相应的控制系统也产生了很

多种类，步进电机的身影在众多领域中可以看到.其中采用单片机作为控制核心的

的 ISIS 软件对控制系统的各个功能进行了仿真，并给出了相应的仿真结果图像。

关键词:单片机； 步进电机； 电机驱动； 控制系统

Abstract

Stepper motor controlled by a pulse signal， and a pulse signal can be converted to

the corresponding angular displacement or linear displacement of the digital motor. As

the stepper motor has a step error does not accumulate， reliable， simple structure,

small inertia, low cost， and therefore, are widely used in computer peripheral circuits,

automatic control devices and other digital control devices, such as printers, watches

and clocks , digital to analog conversion equipment, and other devices。 With the rapid

development of science and technology ， the corresponding control system also

significance.The design study is 51 single-chip stepper motor control system. As a

need, through the key circuit to control the start and stop ， reversing and ramp

functions such as stepper motors ， stepper motors in real—time display and digital

working condition. In this paper， the circuit diagram of each module， and with the

ISIS Proteus software for each function control system simulation, and the simulation

results are given corresponding image.

Key words: microcontroller; stepper motor; motor drive； control system

目录

步进电机是一种受，并且能将相应的或者的电动机。由于电源每次输入电脉

冲给该电机，该电机就会前进一小步,转动的方式是步进式的，所以称为步进电动

机。由于电源输入的是脉冲式的电压，因此，有时也被称为脉冲电动机。

在步进电机驱动能力范围内，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲个数成

正比,不因电源电压、负载变化和环境条件等的变化而变化。所以其输出的角速度

或线速度也与输入的脉冲频率成正比，通过改变输入脉冲频率的高低就可以调节

步进电机的转速，并能控制步进电机的快速启动，暂停，正反转和加减速等。

由于步进电机具有步距误差不积累、运行可靠、结构简单、惯性小、成本低

等优点，因此,被广泛使用于计算机外围电路、自动化控制装置以及其他的数字控

随着晶体管元件的快速发展，与之相结合使用的步进电机也得到了快速的发

展和广泛的使用.1950 年研制出二极管半导体，1964 年开发出 MOS 半导体，特别

是经过 1950—1965 年间半导体材料的高速发展后，由于价格低廉、可靠性高的逻

辑数字电路得到广泛的应用,使步进电机的使用量也急剧增加.

多年来，随着电力电子技术、自动化控制技术以及计算机技术的快速发展，

步进电机系统尤其是其中的驱动电路部分的不断发展，使其在单片机控制，数控

机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中都得到了广泛的应用.现如今，继电动机和

电动机这两大类电机被广泛应用后，步进电机也已成为生活中最常用的。国内外

围绕着步进电机系统的研究做了大量的工作以及相应的开发工作.

图 1—1 步进电机

相应的驱动元件，同时,也被大量的应用于各种领域中。发展至现今，我国在这方

面的理论研究比较成熟，逐渐形成了比较完善的基础理论和设计方法，产品种类

也逐渐多样化，性能和参数也逐渐达到甚至有些已经超过国外同类产品的水平.

而国外的大功率驱动工业设备上，只有少数要求较高的设备中才会使用空心

转杯电机、交流电机；目前，大多数场合不使用大扭矩的步进电机，而是采用直

流电动机。其原因是从驱动电路的成本、效率、系统惯量与最大扭矩比等指标进

行比较,采用直流电动机更为合适。除此之外，还有一些小功率的工业设备中也得

到了广泛的应用,例如,工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外

围设备、照相机以及大型望远镜等等.

经过多年的发展，步进电机的应用越来越广泛,功能更加强大，种类也很繁多，

速等，并利用四位的数码管显示步进电机的转向和速度等级。本设计的硬件部分

主要由、模块、模块、模块以及模块。

本产品主要实现的功能：

（1）5 个按键控制整个电路,对应功能分别是：启动/暂停、正/反转、加速、

减速、复位；

（2)数码管显示正/反转的指示和电机转动速度的等级；