单片机原理实训说明书题目：步进电机控制器学院：专业：学生姓名：学号：指导教师：2011 年12 月29 日摘要步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行元件，具有快速起动和停止的特点。
其驱动速度和指令脉冲能严格同步,具有较高的重复定位精度, 并能实现正反转和平滑速度调节。
它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响, 因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。
本文在分析了步进电机的驱动特性、斩波恒流细分驱动原理和混合式步进电机驱动芯片ULN2003AN的性能、结构的基础上，结合AT89C52单片机，设计出了混合式步进电机驱动电路。
关键词：步进电机；AT89C52单片机；ULN2003AN驱动。
AbstractStepping motors is a kind of will convert angular displacement or electrical impulses signal line displacement of precision actuator, have fast start and stop characteristics. The driving speed and instructions pulse can strictly synchronization, which has high repositioning precision, and can realize the positive &negative and smooth adjustable speed. Its operation speed and step distance from supply voltage fluctuation and load effect, which have been widely applied in analog-to-digital conversion, speed control and the position control system. Based on the analysis of the stepper motor driving characteristics, a chopper constant-current subdivided driving principle and hybrid stepping motor drive chip ULN2003AN the performance, structure in the foundation, the union AT89C52 single chip computer, designed a hybrid stepping motor driver circuit.Key words:Stepping motor; AT89C52 single chip computer; ULN2003AN driver.目录第1章步进电机的原理介绍 (2)2.1 步进电机的工作原理 (3)2.2 步进电机24BYJ48的相关电气参数 (3)2.3 步进电机的基本术语 (4)2.3.1 相数 (4)2.3.2 拍数 (4)2.3.3 步距角 (4)2.3.4 信号分配 (4)第2章总体设计思路 (5)3.1 方案与设计思路 (5)3.2 总框图 (5)第3章程序设计 (5)4.1 主程序 (5)4.2 LCD及档位显示程序 (6)4.3正反转流程图 (7)4.4启动与停止流程图 (8)第4章硬件设计 (9)5.1 硬件的设计与选取 (9)5.1.1 步进电机的驱动 (9)5.1.2 单片机的选取 (12)5.1.3 液晶LCD1602显示模块 (10)5.1.4 按键电路设计 (13)5.1.5 时针产生电路 (11)5.2 硬件的总体电路连接 (12)第5章调试与故障分析 (13)6.1 软件编写及调试 (13)6.2 调试过程及相关显示结果 (14)6.3 故障分析及解决方法 (15)第6章心得体会 (15)第7章参考文献 (17)附件 (18)系统原理图 (19)开发板实物图： (19)元器件清单 (19)源程序清单 (28)第1章步进电机的原理介绍2.1 步进电机的工作原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。
可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
本次设计是采用步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。
当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。
每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。
当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。
四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。
），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。
），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。
）其相序分配表如下：2.2 步进电机24BYJ48的相关电气参数1.额定电压：12VDC(另有电压：5V、6V、24V)2.相数：43.减速比：1/64(另有减速比：1/16、1/32)4.步距角：5.625°/645.驱动方式：4相8拍6.直流电阻：200Ω±7%(25℃)(按客户要求而定：80、130欧姆)7.空载牵入频率：≥600Hz8.空载牵出频率：≥1000Hz9.牵入转矩：≥34.3mN.m(120Hz)10.自定位转矩：≥34.3mN.m11.绝缘电阻：＞10MΩ(500V)12.绝缘介电强度：600VAC/1mA/1S13.绝缘等级：A14.温升：＜50K(120Hz)15.噪音：＜40dB(120Hz)16.重量：大约40g17.未注公差按：GB1804-m18.转向：CCW2.3 步进电机的基本术语2.3.1 相数产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，常用m表示。
2.3.2 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，比如说本次设计中使用的24BYJ48有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。
），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。
），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。
）2.3.3 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）。
2.3.4 信号分配四相步进电机按照其通电方式的不同，可以分为单四拍，双四拍和双八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，均为11.25度，而八拍的步距角则是单四拍与双四拍的一半，5.625度。
单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。
），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。
），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。
）。
这里选取的是双相八拍的工作方式。
第3章总体设计思路3.1 方案与设计思路因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。
用单片机来产生这个脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是四相的，所以只需要P1口的低四位P1.0~P1.3分别接到电机的四根电线上。
定时器定时来调整电机的转速，通过键盘的按钮，就可以改变定时初值从而改变了电机的转速，单片机上P3.2~P3.5连的是按键，这里键盘上的K1键为启动与停止键，K2键为减速键，K3键为加速键，K4键为方向转换键。
P0以及P2.0~P2.2口接LCD1602，可以显示当前的电机转速、运行状态、运行方向和档位。
具体结构见3-1框图。
3.2 总框图第4章程序设计4.1 主程序进入主程序，首先是对LCD进行初始化，然后依次进行键盘扫描，调用步进电机相关数据显示子函数，若检测到有键按下，则进去相应的处理。
流程图如下图4-1:4.2 LCD及档位显示程序此次设计使用1602液晶显示步进电机运行状态，其效果比用数码管显示要更加明了，也更容易读取相关状态和数据。
液晶上显示有电机运行的状态（RUNNING或STOP）、当前档位(DW)、运行方向("<<"或">>")以及其运转速度(r/min)。
其显示原理如下图4-2：图4-2 液晶显示流程图4.3正反转流程图步进电机的正反转用K4控制，初始化电机为顺时针转，即“》”，每当按下K4键，电机转向改变，具体流程图如下图4-3：4.4启动与停止流程图启动与停止是用K1键来控制的，初始化标志位on_off==0,档按下K1，即将on_off 置1，每当按下k1,都将在启动与停止间切换，具体流程图如下图4-4：图4-4 启动与停止流程图第5章硬件设计5.1 硬件的设计与选取5.1.1 步进电机的驱动步进电机的驱动采用ULN2003，接到单片机的P1.0~P1.3，具体如图5-1：图5-1 步进电机驱动及其接口图5.1.2 单片机的选取目前市面上的通用型单片机种类很多，且适合不同应用场合的新产品不断出现，但目前的应用状况，以8位中档MCS-51系列单片机的应用最为普遍。
基于这次课程设计的要求不高，我们可以选用51系列或52系列单片机，其有可靠性高，易于扩展以及实用性好等特点，完全可以满足我们的控制要求。
其图如下5-2：图5-2 AT89C52单片机5.1.3 液晶LCD1602显示模块P0接液晶的数据传送口，P2.0~P2.2接液晶的控制端口。
其接线图如下图5-3：图5-3 液晶与单片机接口原理图5.1.4 按键电路设计键盘接口按不同标准有不同分类方法，按键盘排布，可以分为独立方式（一组相互独立的键盘）和矩阵（一行列组成矩阵）方式。
此次设计只用到了四个按键，故可采用独立按键，P3.2~P3.5分别接到K1~K4。
其原理图如下图5-4：图5-4 按键与单片机接口原理图5.1.5 时针产生电路3938373635343332101112131417161528212223242526275.2 硬件的总体电路连接LCD2LM016L第6章调试与故障分析6.1 软件编写及调试此次编程及调试是用keil软件进行的，程序的编写及调试步骤如下：1.根据步进电机24BYJ48的相序，编好正反转相序表，这个是关键，不能编错。