呼伦贝尔学院 本科生毕业论文
题 目 基于单片机的步进电机
专 业 电子信息工程
姓 名 张世霞 学 号 2011081435
指导教师 红峰
年 月 日
目 录
中文摘要 .......................................................................................................................... 2 第一章 绪论 .................................................................................................................. 4
1.1 步进电机及其发展 ........................................................................................... 4 1.2 步进电机在我国的发展应用及前景 ............................................................... 4 1.3 设计研究内容 ................................................................................................... 5 第二章 步进电机控制总系统设计 .............................................................................. 6
2.1 系统框架 ........................................................................................................... 6 2.2 步进电机的选择 ............................................................................................... 6 2.3 电机驱动的选择 ............................................................................................... 7 第三章 系统硬件电路设计 ............................................................................................ 8
3.1系统硬件总电路构成 .......................................................................................... 8 3.2 步进电机系统 ................................................................................................... 8
3.2.1 步进电机的原理 .................................................................................... 8 3.2.2 步进电机的特点 .................................................................................... 8 3.2.3 步进电机的分类 .................................................................................... 9 3.2.4 永磁步进电机的控制原理 .................................................................... 9 3.3 单片机系统 ....................................................................................................... 10 3.4 键盘控制电路 ................................................................................................. 11 3.5 数码管驱动显示电路 ....................................................................................... 12 3.6 步进电机驱动电路 ........................................................................................... 12 3.7 红外接收电路 ................................................................................................... 14 第四章 控制系统软件分析与设计 ............................................................................ 15
4.1 主程序流程图 ................................................................................................. 15 4.2 读按键子程序流程图 ....................................................................................... 15 4.3 按键处理子程序流程图 ................................................................................. 16 4.4 电机控制中断程序流程图 ............................................................................... 17 第五章 系统调试与改进 ............................................................................................ 19
5.1 调试与改进 ..................................................................................................... 19 5.2 运行结果 ......................................................................................................... 19 第六章 总 结 .............................................................................................................. 20 附录 B ............................................................................................................................ 22 致谢 ................................................................................................................................ 33
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基于单片机的红外遥控步进电机
作 者：张世霞 指导教师：红峰
中文摘要
步进电动机由于用其组成的开环系统既简单，廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。
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STC89C51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。加入红外遥控模块，红外接收器，红外发射器，让操作更简单快捷。
根据不同的需要我们可以有五个不同档位速度的选择，并可以实现正反转。为了更显人性化，我们加上了一个数码管显示，显示步进电机的运行状态。
关键词：步进电机，单片机，正反转控制，电机驱动，红外遥控
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ABSTRACT
Stepper motor due to the use of the composition of the open-loop system is simple, cheap, and very practical, so it is used widely in many fields of printer and other office automation equipment and various control device.
With the development of microelectronics and computer technology, the stepper motor demand grow with each passing day, it is widely used in the printer, electric toys and other consumer products and CNC machines, industrial robots, medical equipment and othermechanical and electrical products, which are applied in various fields of the national economy. Studies of the stepping motor control system, to improve the control precision and response speed, is of great significance to energy saving etc..
Stepper motor is a pulse signal can be converted into mechanicalangular displacement or line displacement components, stepper motor control system is composed of stepping controller composed of a power amplifier, and stepping motor. Using single chip microcomputer control,using software instead of the above step controller, the circuit is simple, low cost, reliability is improved greatly. Software programming flexibility to produce operation mode of different types ofstepper motor excitation sequence to control all kinds of stepper motor.
This design is the use of STC89C51 microcontroller to control the stepping motor, temporal side through the I/O port output wave as the control signal of step motor , the signal through the chip ULN2003 to drive the stepper motor.
According to different needs,we can have ten different gear speed selection , and the realization of positive inversion. In order to be more humanized, we added a digital display , display the operating state of the stepping motor.
Keywords:Stepping motor single-chip microcomputer positive inversion control motor drive Infrared remote control
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第一章 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
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