基于51单片机控制步进电机.pdfVIP

单片机原理及系统课程设计

1引言

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。

单片机原理及系统课程设计报告

2设计方案与原理

4.1设计方案

设计一个51单片机四相步进电机控制系统要求系统具有如下功能：

（1）由I/O口产生的时序方波作为电机控制信号；

（2）信号经过驱动芯片驱动电机的运转；

（3）电机的状态通过键盘控制，包括正转，反转，加速，减速，停止和单

步运行。

4.2设计原理

步进电机实际上是一个数字步进电机实际上是一个数字角度转换器，也是一个串行的数也是一个串行的数模转换器。步

进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4个方面。从

结构上看,步进电机分为三相、四相、五相等类型,本次设计的是四相电机。四相

步进电机的工作方式有单四拍、双四拍和单双八拍三种。

在本次设计中，我们使用的是四相单八拍的工作方式。通过P1口给A,B,C,D四

相依次输出高电平即可实现步进电机的旋转，通过控制两次输出的间隔，即可实

现对步进电机的速度控制。

图2.1步进电机内部结构截图

根据步进电机的相关相序表我们可以正常的控制电机的步进运行。

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单片机原理及系统课程设计报告

3硬件设计

根据设计要求和设计原理，我们可以绘制出基本的功能方框图，以便之后我

们连接实际电路时的方便和可靠。用键盘控制具体的功能模块，这样更能直观方

便的控制整体的系统，使其达到我们预期的操作效果。

图3.1中简单描述了整个单片机系统的控制模式和控制流程，包括通过时钟

电路和键盘电路，来控制UNL2803驱动电机动作。

时钟电路控制端口UNL2803

80C51单片机

机

电

键盘电路动

驱

步进电机

图3.1硬件电路功能方框图

图3.2截图中是UNL2803中的细节电路，用前四个输入输出口连接步进电机

的四个输入口。图3.3截图是单片机的键盘控制电路，对系统的控制功能模块的

选择和控制。包括正转启动按钮、反转启动按钮、停止位按钮、加速按钮、减速

按钮和单步运行按钮。