管理施工精品卓越创造未来
未来
中 北 大 学
毕业设计中期报告
学 生 姓 名： 学 号：
学 院、系： 信息与通信工程学院
专 业：
论 文 题 目： 单片机步进电机控制器的设计
指导教师:
2013 年 4 月 15 日
毕业设计中期报告
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学校 中北大学 专业 学生姓名 班级 学
号
论文题目 单片机步进电机控制器的设计
本人在该设计中具体 应完成的工作 1、查阅有关资料了解课题设计的背景，现实应用、现实意义以及设计概况。 2、搜索相关论文参考设计思路，以及结合本设计拟定设计思路。 3、仔细分析各模块电路，根据设计要求设计各个模块电路，并根据要求选择芯片，查
询各个芯片的功能及其参数、性能。
4、
在设计各个电路模块的同时，用C语言
编写程序，下载到单片机中，控制模块电路
工作，从而实现步进电机控制器的要求。
5、
软件设计和硬件设计应完全实现设计的
功能，同时要查找漏洞，不断修正。
1、简述毕业设计开始以来所做的具体工作和取得的进展（要详细内容）
（1）、查阅资料，了解课题背景，课题的目的和研究意义。
毕业设计以来通过查阅大量相关资料，理解步进电机控制器的研究背
景，先后通过网络，书籍，查阅论文，在阅读大量的资料后对步进电机有了
近一步的认识，深刻的了解了它的研究目的和研究意义，同时为撰写开题报
告积累了宝贵的素材资料，为后期的电路模块设计奠定了坚实的基础。
我了解到步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制
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电机,其位移速度与脉冲频率成正比,位移量与脉冲数成正比。步进电机在结
构上也是由定子和转子组成,可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。
当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场,该矢量场会带动转子旋
转一角度,使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一致。定子绕组
矢量磁场每旋转一个角度,转子也随着该磁场旋转一个角度。因此控制电机
转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。
（2）
、撰写开题报告，根据功能要求设计个模块电路并明确各电路模块实现
的具体功能。
上网查阅相关的器件和芯片，了解他们的用法要实现的功能，如采集
速度所用的对射式光电传感，用来驱动电路的电机驱动芯片L298N。首先了
解他们的功能以后，才能近一步去设计电路。其次，步进电机主要是为了通
过控制脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转以及制动，就如何实现这些
功能，查阅了相关的资料，并结合自己的分析，设计各个模块。
a、步进电机的转向控制
如果给定的工作方式按正序换向通电，步进电机正转，如果按反序换向
通电、步进电机反转，给定的步进电机是三相流拍，正转为
A-AB-B-BC-C-CA-A，那么反转即为A-AC-C-CB-B-BA-A。
b、步进电机的速度控制
给步进电机发一个控制脉冲、它就转一步，再发一个脉冲，他就再转一
步，因此控制所发脉冲的频率，频率低，它的速度就慢，频率高，它的速度
也快。
c、步进电机的起停控制
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步进电机由于电气特性，运转时会有步进感，即振动感。为了使电机转
动平滑，减小振动，可在步进电机的控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的
梯形波，可以减小步进电机的步进角，提高电机运行的平稳性。在步进电机
停转时，为了防止因惯性使电机轴产生顺滑，则采用合适的锁定波形，产生
锁定磁力距，锁定步进电机的转轴，使步进电机的转轴不能自由转动。
d、步进电机的加减速控制
在步进电机控制系统中,通过实验发现,如果信号变化太快,步进电机由
于惯性跟不上电信号的变化,这时就会产生堵转和丢步现象。所以,步进电机
在启动时,必须有加速过程,在停止时必须有减速过程。理想的加速曲线一般
为指数曲线,步进电机整个减速过程的频率变化规律是整个加速过程频率变
化规律的逆过程。选定的曲线比较符合步进电机加减速过程的运行规律,能
充分利用步进电机的有效转矩,快速响应性好,缩短加减速的时间,并可防止
失步和过冲现象。
（3）、硬件组成
步进电机的控制系统主要由单片机AT89C51、电机驱动芯片L298N、4 ×
4 的键盘用128×64LCD液晶显示器 、电源和时钟电路等几个单元组成,借助
于AT89C51 中内置的看门狗,可使系统在失控时恢复正常运行。整个系统外
围元件少,具有结构简单、成本低廉、可靠性高、使用方便、通用性强等特
点。在实际应用中,也可采用大功率的管子来代替L298N对步进电机进行驱
动,成本比较低,缺点是管子的特性有一定差异,对驱动效果有一定的影响。
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2、目前存在问题，下一步的主要研究任务，具体设想与安排（要详细内容）
存在的问题：
（1）把各个电路模块的细节完善，尤其是细节地方，和不完全懂的地方，
弄懂。并试着自己去设计电路和编写程序。
（2）各个模块的设计以及如何把各个模块整合起来实现步进电机控制器
的核心环节，查询相关书籍，继续巩固单片机和C语言程序的学习，在设计
的过程中在这方面还是有很大的难度。
（3）在软件设计和硬件设计两个方面，很多的小细节没有弄懂，在设计
的时候相关的参数怎么设定。
下一步要研究的任务：
(1)、近期先翻译英文文献，在十天之内把英文文献翻译出来。
(2)、在接下来，开始步进电机控制器的硬件设计和软件设计。
(3)、把不懂的环节通过查阅资料和请教老师、同学，争取弄清楚。
（4）、设计的过程中，先实现各个模块的功能，然后再实现整体的功能，
重点和难点是软件设计。
（5）、在硬件设计中，确定相关模块的参数。
3、指导教师对该学生前期研究工作的评价（是否同意继续研究工作）
指导教师亲笔签字： 年
月 日
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备注：1、本表由学生填写，指导教师亲笔签署意见。
2、以上各项句间距可以根据实际内容需要调整。