单片机综合实验实验报告学院计算机与电子信息学院专业电子信息工程班级姓名学号实验题目基于单片机控制的步进电机控制器系统环境 Proteus 指导教师实验时间 2014年10月27日至 2014年10月31日实验报告评分：_______基于单片机控制的步进电机控制器摘要：本设计通过STC89C52单片机对步进电机进行控制，主要介绍了步进电机控制器,驱动电路和红外遥控电路的设计，实现了步进电机的控制。

具有以下功能：1,通过红外遥控，分别使电机实现顺时针和逆时针旋转；2电机可以进行加速和减速旋转；该系统具有成本低，控制方便的特点。

关键词：电子线路单片机步进电机红外遥控1 引言步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

步进电机可分为反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机。

步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。

它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、动作灵敏、开回路控制不必依赖传感器定位、中低速时具备高转矩、高信赖性、小型、高功率等特征，使其具有广泛的应用。

红外线遥控是目前使用很广泛的一种通信和遥控技术。

由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。

工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可以而且能有效地隔离电气干扰。

结合红外遥控技术的步进电机控制器具有方便、可移动控制等特点。

2 步进电机的指标术语2.1 步进电机的静态指标术语相数产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。

常用m表示。

拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。

θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。

四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。

定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。

此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。

虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。

2.2 步进电机动态指标及术语1、步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。

用百分比表示：误差/步距角*100%。

不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。

2、失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。

称之为失步。

3、失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。

4、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。

5、最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。

6、运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。

3 红外遥控的基本原理红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。

发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。

当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号。

4 总体设计方案4.1 设计思路通过单片机控制接收红外遥控器发送的信号，并解码识别出相应的键位，然后驱动步进电机实现对步进电机的正转、反转以及加速、加速等控制。

4.1.1单片机主控芯片采用STC89C52单片机作为主控芯片。

优点：STC89C52是一种低功耗，高性能的COMS8位微控制器。

作为一种比较成熟的单片机型号，广泛的应用于各领域，技术比较成熟，价格相对便宜。

4.1.2 步进电机控制芯片采用UDN2916LB作为步进电机控制芯片。

UDN2916LB是一款两相步进电机双极驱动集成电路，能够驱动双绕组双极步进电机，内置过热和交叉电流保护功能；集成钳位二极管；内置防止低压误操作等保护功能。

4.1.3 步进电机步进电机采用开发学习板配套的二相四线步进电机。

4.1.4 红外发射采用开发板配套的通用红外遥控器作为控制端。

4.2 总体系统设计系统采用STC89C52单片机作为主控芯片，用单片机的外部中断脚P3.2连接红外接收器，以中断方式接受红外信号并解码，遥控器每按一个键就发射一个信号，就此取代固定按键实现无线遥控；然后用P1.0~P1.5连接步进电机驱动电路UDN2916LB的控制端口，根据UDN2916LB的控制方式相对应的通过单片机控制P1.0~P1.5的IO口电平；结合红外信号，每一个红外信号对应一组IO电平，切换信号从而实现步进电机驱动电路输出控制步进电机的正转、反转以及加速、减速和停止等状态。

4.3设计方框图中断控制5 设计原理分析5.1 晶振电路的设计晶振是给单片机提供工作信号脉冲的 这个脉冲就是单片机的工作速度。

晶振与单片机的脚XTAL0和脚XTAL1构成的振荡电路中会产生偕波(也就是不希望存在的其他频率的波) 这个波对电路的影响不大，但会降低电路的时钟振荡器的稳定性，所以在晶振的两引脚处接入两个10pf-50pf 的瓷片电容接地来削减偕波对电路的稳定性的影响。

如图1：图1 晶振电路主控单片机 STC89C52步进电机驱动电路IO 口控制晶振电路红外接收电路复位电路5.2 红外接收电路的设计一体化红外线接收器是一种集红外线接收和放大整形于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，而体积又很小巧，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。

本系统中红外接收传感器是通过外部中断把信号传给单片机的，所以传感器的信号输出脚应该连接单片机的P3.2引脚。

接收器的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。

“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。

“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”，发射端松开键时，接收端“有效电平”消失。

此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。

大多数情况下“高”为有效。

“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来为低电平变为高电平。

有时亦称这种输出形式为“反相”。

“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。

为此，程序上根据输出状态将信号解码。

图2 红外接收电路5.3 驱动电路控制电路的设计因为驱动 IC 消耗的大部分能量主要为在突变关闭期间马达再生电流造成，马达产生的再生电流流过电流检测电阻和地钳制二极管重新流回马达，产生的电压跌落引起了能量消耗，地钳位二极管上的瞬时电压(VF)出现了最大的跌落，产生了主要的功耗。

设计电路时，如果在驱动 IC 输出端外加肖特基二极管，并且只要这些肖特基二极管的 VF 特性值比内部地钳位二极管小，马达产生的再生电流将会有一部分从外部肖特基二极管重新回流到马达，使流经驱动 IC 内部的电流减少，降低了驱动 IC 的功耗，反过来也就提高了热性能。

UDN2916的典型应用电路如图3：图3 驱动电路UDN2916的控制方法PH 为正时电流为正PH 为负时电流为负I0 为H ，I1 为L 时，有2/3 Imax 的电流I0 为H ，I1 为H 时，无电流I0 为L ，I1 为H 时，有1/3 Imax 的电流I0 为L ，I1 为L 时，电流为ImaxA，B ，C ，D 为电机的四个相位拍要实现节拍A，0 ，B ，0 ，C ，0 ，D ，0 ，A则I01 ：H ，H ，H ，H ，H ，H ，H ，H ，HI11 ：H ，L ，L ，L ，H ，L ，L ，L ，HPH1 ：H ，H ，H ，H ，L ，L ，L ，L ，HI02 ：H ，H ，H ，H ，H ，H ，H ，H ，HI12 ：L ，L ，H ，L ，L ，L ，H ，L ，LPH2 ：H ，H ，H ，L ，L ，L ，L ，H ，HIout1 ：0 ，1 ，1 ，1 ，0 ，- ，- ，- ，0Iout2 ：+ ，+ ，0 ，- ，- ，- ，0 ，+ ，+6 软件设计流程本程序先进行程序初始化。

初始化先对外部中断的触发方式进行设置，然后使能中断，最后对相关标志位进行初始化。

初始化完成后程序进入死循环。

在死循环中首先判断是否接收到控制步进电机工作的信号，没有接收到开始信号时清除相关电机控制标志位，当接收到开始信号时启动电机，按默认转动方向和速度转动，然后查询速度及转动方向状态标志位，如果接收到速度改动信号时，相应速度控制值会改变，若接收到方向相反的控制信号时改变转动正反向标志位，最后判断是否再次接收到控制步进电机工作的信号，是，则改变工作标志位，电机停止转动。

软件主要流程如下图所示。

否是否是否是7 结束语这次为期一周的课程设计，我所做的是利用89C512设计步进电机控制电路。

在这之前，我从未接触过步进电机，所以说应该是一切从零开始。

于是，我首先选择上网查阅与之相关的资料。

通过大量的资料，我对步进电机的工作原理有了基本的了解。

其实步进电机的原理很简单，就是将给定的电脉冲信号转变成角位移。

通过这次实践，我终于可以将理论与实践相结合进而更好地去理解掌握课本知识。

在整个课程设计的过程中，我感受一个人到认真的做完一件事的快感，相信对以后我的自主学习有很大的帮助。

开始初始化是否启动是否正转速度控制正转速度控制 反转是否停止停止参考文献[1] 叶挺秀.应用电子学［Ｍ］.杭州：浙江大学出版社，1994[2] 朱承高.电工及电子技术手册［Ｍ］.北京：高等教育出版社，1990[3] 阎石.数字电子技术基础（第三版）.北京：高等教育出版社，1989[4] 廖常初.现场总线概述［J］.电工技术，1999.6[5] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程。