重庆科技大学本科毕业论文基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统设计考生姓名： XXXXX X 准考证号： XXXXXXXXXXXX 专业层次：本科院（系）：XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师： XXXXXX 职称：讲师重庆科技大学二O一二年月日基于AT89C51单片机的步进电动机控制系统设计考生姓名： XXXXXX准考证号： XXXXXXXXXXXX专业层次：本科指导教师： XXXXXXX院（系）：机械与动力工程学院重庆科技大学二O一二年九月二十日摘要随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。
研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。
采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。
软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。
本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过I/O口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机。
实践证明，基于单片机控制的步进电机比传统的步进控制器具有更好的性能，更加简单、方便、可靠。
本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执行器件——步进电机。
关键词：步进电机，单片机，正反转控制，键盘控制，LCD液晶显示Based on the AT89C51 single-chip stepper motor controlsystem designABSTRACTWith the development of microelectronics and computer technology, the stepper motor demand grow with each passing day, which is widely used in printers, electric toys and other consumer products, industrial robots and CNC machine tools, medical equipment and other mechanical and electrical products, the national economy in various fields are applied. Study of stepping motor control system, to improve the control precision and response speed, energy saving etc have important significance.A stepper motor can be converted into electric pulse signal of angular displacement or line displacement of the mechanical and electrical components, a stepper motor control system is mainly composed of a stepping controller, a power amplifier and a stepper motor. Using single chip microcomputer control, using software to replace the stepping controller, which has the advantages of simple circuit, low cost, reliability is increased. Software programming can produce different types of step motor excitation sequence to control stepper motor operation mode.This design is the use of AT89C51 single-chip stepper motor control, through the I/O port output timing square wave as a stepper motor control signal, the signal through the ULN2003 chip stepper motor driver.Practice has proved, based on the single chip microcomputer to control the step motor than the traditional stepping controller has better performance, more simple, convenient, and reliable. The design of the main research object is the open loop servo system in the most commonly used executive device -- stepping motor.Keywords：Stepper motor, MCU, Positive control, Keyboard control, LCD liquid crystal display目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)1.1 步进电机及其发展 (1)1.2 步进电机在我国的发展应用及前景 (1)1.3 设计研究内容 (2)2 控制系统硬件分析与设计 (3)2.1 步进电机 (3)2.1.1 步进电机的原理 (3)2.1.2 步进电机的特点 (4)2.1.3 步进电机的分类 (4)2.1.4 永磁步进电机的控制原理 (5)2.2 单片机的选择 (6)2.2.1 单片机的引脚功能 (6)2.2.2 主要特性 (6)2.3 步进电机控制系统的组成 (7)2.3.1 键盘控制电路 (7)2.3.2 LCD液晶显示电路 (8)2.3.3 步进电机驱动电路 (10)3 控制系统软件分析与设计 (13)3.1 程序流程图 (13)3.2 读键盘子程序流程图 (14)3.3 键盘处理子程序流程图 (14)3.4 电机控制中断程序流程图 (15)4 调试与改进 (17)4.1 调试与改进 (17)4.2 运行结果 (17)结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)附录一 (22)附录二 (27)论文原创性声明1 绪论1.1 步进电机及其发展步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。
随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。
步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。
1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。
到20世纪60年代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生。
步进电机往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。
在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。
1.2 步进电机在我国的发展应用及前景我国步进电机的研究及制造起始于本世界50年代后期，从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。
我国在文化大革命中开始大量生产和应用步进电机，例如江苏、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生产，而且都在各行业使用，其中的驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。
中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。
70年代初期，步进电机的生产和研究都有所突破，除反映在驱动器设计方面的长足进步以外，对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高的水平。
70年代中期至80年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。
至80年代中期以来，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。
国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。
一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。
国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。
国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。
目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。
仅仅处于一种盲目的仿制阶段。
这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
1.3 设计研究内容本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。
本系统采用AT89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在LCD 液晶显示器上。
总体设计框图如图1.1所示:图1.1 总体设计框图 AT89C51键盘控制模块电机驱动模块 液晶显示模块 电源模块重庆科技大学本科毕业论文 2 控制系统硬件分析与设计2 控制系统硬件分析与设计2.1 步进电机步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机。