电气控制技术
课程设计
题目: 步进电机的控制
院系名称：电气工程学院
成绩：
指导老师签名：
目录
1 系统概述 (1)
1.1 对被控对象步进电机控制的分析 (1)
1.2 设计的目的及工作内容 (1)
2 方案论证 (2)
2.1 开环控制系统 (2)
2.2 闭环控制系统 (2)
3 硬件设计 (3)
3.1 系统的原理方框图 (3)
3.2 I/O分配 (3)
3.3 主电路及I/O接线图 (4)
3.4 元器件选型 (4)
3.4.1 步进电机选型 (4)
3.4.2 PLC选型 (5)
3.4.3 按钮选型 (6)
3.4.4 熔断器选型 (6)
3.5 元件清单 (7)
4 软件设计 (4)
4.1 主流程 (8)
4.1.1 转速控制 (8)
4.1.2 正反转控制 (9)
4.1.3 步数控制 (9)
4.1.4 程序流程图 (9)
4.2 梯形图及其功能注释 (10)
5 系统调试 (14)
5.1 软件调试 (14)
5.2 硬件调试 (14)
5.2.1 转速控制过程 (14)
5.2.2 正反转控制过程 (14)
5.2.3 单步执行控制过程 (14)
5.3 调试结果分析 (14)
设计心得 (15)
参考文献 (16)
1 系统概述
1.1 对被控对象步进电机控制的分析
三相步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数（脉冲频率）成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式改变，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。典型步进电机外观如图1-1。
图1-1典型步进机
1.2 设计的目的及工作内容
本设计的主要研究内容是以三菱FX2N系列PLC（可编程逻辑控制器）为核心控制步进电机，及其相关外围电路组成的控制电路设计。可以通过对几个开关按钮的控制来实现对步进电机转动的方向、速度和步数的控制。
用PLC控制三相六拍步进电机实现如下操作，其控制要求如下：
三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转的顺利为：A-AB-B-BC-C-CA-A；反转的顺利为：A-CA-C-BC-B-AB-A。
1.要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。
2.具有两种转速：
（1）开关闭合，则转过一个步距角需0.5s。
（2）开关闭合，则转过一个步距角需1s 。
3.要求步进电机转动100个步距角后自动停止运行。
4.设置按钮K1，每按一次K1，电动机转动一步。
5.按题意要求，画出I/O 分配图、PLC 端子接线图、流程图、控制梯形图。
6.完成PLC 端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。 2 方案论证
在步进电动机控制系统中，步进电动机作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种控制中，其控制主要有开环、闭环控制。
2.1 开环控制系统
开环控制系统没有使用位置、速度检测装置及反馈装置，因此具有结构简单、使用方便、可靠性高、制造成本低等优点。另外，步进电动机受控于脉冲量，它比直流电机或交流电机组成的开环精度高，适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。开环控制方框图如图2-1所示。 输 出
负 载 步进电动机 功率
驱动器 环形
分配器指令脉冲
图2-1开环控制方框图
2.2 闭环控制系统
闭环控制系统定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。图2-2
为闭环控制系统的原理框图。
速度反馈位置反馈 速度
传感器
输 出
负 载 步进电动机速度控制电路位置比
较电路指令脉冲
图2-2闭环控制方框图
综合上述两种方案，根据步进电动机的特点，从制造成本与系统结构复杂程度考虑，本设计采用方案一，在开环控制系统中，用PLC控制三相步进电动机。
3 硬件设计
3.1 系统的原理方框图
如图3-1为系统的原理结构框图，控制面板上的启动按钮按下开启控制装置，低速按纽按下步进电机低速运行100步，高速按钮按下步进电机告诉运行100步，转向按钮按下转变控制方向，停止按钮按下停止运行。在控制面板上设定速度和方向等参数，PLC读入这些设定值后，通过运算产生脉冲、方向信号，控制步进电机的驱动器，达到对距离、速度、方向控制的目的。
图3-1系统原理结构图
3.2 I/O分配表
表3-1为根据设计要求，得出的I/O分配表。
表3-1I/O分配表
元件I/O号功能定义元件I/O号功能定义I/O号功能定义SB0 X0 启动SB3X3单步Y0控制U相SB1X1低速SB4X4正反转Y1控制V相SB2X2高速SB5X5停止Y2控制W相
3.3 主电路及I/O接线图
由于本例中三相步进电机选择573S09型号，其额定电压24-48V，额定电流3.5A，本例中PLC选用继电器输出型其负载电流能力可达8A，故无需驱动电路，本例中主电路与I/O接线图和为一起，如图3-2。
图3-2主电路及I/O接线图
3.4 元器件选型
3.4.1 步进电机选型
步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。
反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。
混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。
本设计依据上述的各类型步进电机的特点，并查阅了很多相关资料，综合考虑各方面因素，最后确定选用573S09型三相混合式步进电机作为控制对象，生产厂家定为雷赛公司。
所选573S09参数如表3-2。
表3-2 573S09参数
额定功率22-50W
额定电压 3.5A（每相）
额定转速1600r/min
额定转矩0.9（NM）
外形尺寸56mm
产品认证CE
适用范围3ND583
3.4.2 PLC选型
目前，世界上有200多个厂家生产PLC，比较著名的有美国的AB，日本的三菱、欧姆龙，德国的西门子，法国的施耐德等。其中（1）三菱FX系列PLC应用广泛，它的特点是：系统配置即固定又灵活，编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能，高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化。三菱小型PLC有FX1S，FX1N，FX2N，FX2NC等子系列。（2）德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性高，但成本较高。（3）欧姆龙PLC包括微型机，中型机，大中型机三种。微型机属于结构紧凑、成本较低的PLC，在CPU 单元中装配了10~40点的输入输出端子，为一体化组建型的PLC。增加了实现平稳输入输出动作的输入滤波器功能、外部输入中断功能、快速响应输入功能、高速计数器功能，模拟设定定时器功能等采用快速山村，无电池的内存支持得以实现，维护简单化。
本设计依据上述各类PLC的性能特点，在功能满足要求的前提下，综合考虑可靠性、经济性、使用维修方便等各方面因素，最后选用三菱的FX系列PLC，其中FX2N子系列是FX家族中比较先进的子系列，具有执行速度快，通信功能齐
全等特点，结合I/O点数，单元类型，输出形式的选择，故PLC的型号确定为FX2N-16MR。
3.4.3 按钮选型
按钮的规格品种众多，目前生产的按钮产品有LA2，LA4，LA10，LA18，LA19，LA25，LA30等系列。（1）LA2系列按钮适用于交流50Hz或60Hz，交流电压80V 以下，直流电压220V以下的电磁起动器，接触器，继电器及其其它电气线路中做遥控之用，其中带灯按钮还适用于需要灯光信号指示的场所。（2）LA4系列按钮适用于交流50Hz或60Hz，交流电压380V以下，直流电压220V以下的电磁起动器，接触器，继电器及其其它电气线路中做遥控之用，其中带灯按钮还适用于需要灯光信号指示的场所。（3）LA10系列按钮适用于交流50Hz或60Hz，交流电压380V以下，直流电压220V以下的电磁起动器，接触器，继电器及其其它电气线路中做遥控之用，其中带灯按钮还适用于需要灯光信号指示的场所。（4）LA18系列按钮适用于交流50Hz或60Hz，交流电压380V以下，直流电压220V以下的电磁起动器，接触器，继电器及其其它电气线路中做遥控之用，其中带灯按钮还适用于需要灯光信号指示的场所，指示灯有多种颜色可供选择。（5）LA19系列按钮适用于交流50Hz或60Hz，交流电压380V以下，直流电压220V以下的电磁起动器，接触器，继电器及其其它电气线路中做遥控之用，其中带灯按钮还适用于需要灯光信号指示的场所，并带有紧急指示灯，但成本较高。本设计的一个原则就是经济性。
依据上述的系列按钮的性能比较，综合各方面因素的考虑，最后选用LA18系列按钮，具体型号我们选择LA18-66J，生产厂家定为中国红波按钮制造有限公司。
3.4.4 熔断器选型
熔断器有以下几种常见种类：
（1）插入式熔断器：它常用于380V及以下电压等级的线路末端，作为配电支线或电气设备的短路保护用。
（2）螺旋式熔断器：熔体上的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到，它常用于机床电气控制设备中。螺旋式熔断器。分断电流较大，可用于电压等级500V及其以下、电流等级200A以下
的电路中，作短路保护。
（3）封闭式熔断器：封闭式熔断器分有填料熔断器和无填料熔断器两种，有填料熔断器一般用方形瓷管，内装石英砂及熔体，分断能力强，用于电压等级500V 以下、电流等级1KA以下的电路中。无填料密闭式熔断器将熔体装入密闭式圆筒中，分断能力稍小，用于500V以下，600A以下电力网或配电设备中。
（4）快速熔断器：快速熔断器主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。由于半导体元件的过载能力很低。只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求短路保护具有快速熔断的能力。
（5）自复熔断器：采用金属钠作熔体，在常温下具有高电导率。当短路电流消失后，温度下降，金属钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流，不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体，能重复使用。
本设计综合考虑经济性，工作场所和要求等各方面因素，选择RT18系列无填料式封闭熔断器，最终型号确定为RO15 gG 8A,厂家确定为浙江茗熔电器保护系统有限公司。
3.5 元件清单
根据所选元器件列元器件清单如下表3-3
表3-3 元器件清单
序号元件名称型号数量厂家
1 步进电机573S09 1 雷赛公司
2 PLC FX2N-16MR 1 三菱公司
3 按钮LA18-66J 6 中国红波按钮制
造有限公司
4 熔断器RO1
5 gG 8A 1 浙江茗熔电器保
护系统有限公司
4 软件设计
4.1 主流程
三相步进电动机的启动和停止分别由按钮SB0、SB5控制，转速分慢速、快速两挡，分别通过按钮SB1、SB2选择；正、反转控制由开关SB4选择，单步执行由按钮SB3控制，其中低速高速步进100步由内部计数器C0控制。
4.1.1 转速控制
由脉冲发生器产生不同周期T的控制脉冲，通过脉冲控制器的选择，再通过内部功能指令 SFTR 使三个输出继电器Y0、Y1和Y2按照三相六拍的通电方式接通，其接通顺序如图4-1：
图4-1
该过程对应于三相步进电动机的通电顺序如图4-2：
图4-2
选择不同的脉冲同期T，可以获得不同频率的控制脉冲，从而实现对步进电动机的调速。
三相步进电机的输出脉冲时序图如图4-3所示：
图4-3三相输出时序图（正转）
4.1.2 正反转控制
步进电机的正反转控制可通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向，三相六拍步进电机通电顺序为U-UV-V-VW-W-VU……时电机正转；当绕组按W-VW-V-UV-U-UV……顺序通电时电机反转。因此，可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环形分配器的输出顺序，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。即通过正反转驱动环节（调换相序），改变Y0、Y1和Y2接通的顺序，以实现步进电动机的正反转控制。经过研究本人决定通过软件来实现换相，从而节省了硬件的投资。
4.1.3 步数控制
步进电机每输入一个电脉冲就前进一步，其输出的角位移与输入的脉冲数成正比。因此可以根据步进电机的输出位移量确定PLC输出的脉冲个数，即可实现对步进电机的步数控制。
=?
/
n L d
式中L
?为步进电机的输出位移量（mm），d为机构的脉冲当量（mm/脉冲）。
本设计通过脉冲计数器，控制六拍时序脉冲数，以实现对步进电动机步数的控制。
4.1.4 程序流程图
如图4-4为本设计程序流程图。
结束 N N N
N
开始
启动
正转低速高速步进步进1步高速100步低速100步低速100步低速
高速
步进
高速100步步进1步Y
N
N
Y Y Y N
N
Y
Y
Y
Y
图4-4 程序流程图
4.2 梯形图及其功能注释
4.2.1 梯形图
本设计的核心内容即梯形图如图4-5所示。
图4-5 梯形图
4.2.2 梯形图功能注释
本梯形图中X对应的所有输入皆为按钮。
第0和100步：X0和X5控制M50的通电自锁和关断，下接主控指令实现对整个程序开关的控制。
第8-16步：T0产生周期1s，T1产生周期0.5秒，持续一个扫描周期的脉冲，X3在按下时，M11接通一个扫描周期，分别对应低速、高速、步进的脉冲信号。
第19到24步：X1按下后M12通电自锁，则进入低速运行状态，X2和M13对应高速运行状态，由于X1、X2、X3互锁故运行时三者可以不用停止，直接切换，且三种状态互不冲突。
第29步：三个按钮按下时候，提示计数器C0重新开始计数。
第37步：在M1接通（低速运行状态），后面的T0为M20提供周期为1s 的脉冲，同理M2（高速运行状态）通过T1为M20提供0.5s的脉冲，步进按钮X3按下让M20接通一个扫描周期。
第44-50步：这是程序的关键，当M20（对应三种运行状态的一种）来一个脉冲的时候，位元件右移指令SFTR将通过M1-M5确定的M10移到重M0开始的第六位即M5，原来M5、M4、M3、M2、M1右移一位到M4、3M、M2、M1、M0中。从而实现M6-M0：100000-010000-001000-000100-000010-000001-100000的循环(M20每来一个扫描周期的脉冲实现一个转移）。
第61-69步：通过软件将M6-M0的移位脉冲转换成M100、M1O1、M102的三相六拍脉冲：100-110-010-011-001-101。
第73-76步：每按下X4，M98产生的一个脉冲使M99发生反转。
第76-94步：通过M99的接通或断开和M100-M102的三相六拍脉冲使Y0-Y2产生正序或负序的三相六拍脉冲，从而实现步进电机的正反转。并且实现了要求的无需停止实现正反转的切换。
第96步：在高速和低速状态下，每来100个脉冲（步进电机行100步）使C0动作结束工作。在步进状态下，由29步可以看出，CO不会对步进指令计数。
5 系统调试
5.1 软件调试
打开GX-Developer软件，将上述梯形图程序输入编辑区，并将梯形图转换成下图中的指令程序，将该程序写入PLC的RAM，并调试运行该程序。
5.2 硬件调试
5.2.1 转速控制过程
1、先按下，SB0开启控制，再选择慢速（按下SB1），再观察Y0,Y1,Y2输出状态，实验室调试时选择用灯接在Y0,Y1,Y2上，这样能更加直观的观察Y0,Y1,Y2的输出状态。调试时可以随时按下SB5以观察停止按钮的功能。
2、按下SB2，并观察。
5.2.2 正反转控制过程
先按下正反切换转按钮SB4，再重复上述转速控制操作。
5.2.3 单步执行控制过程
先按下启动按钮SB0，再用按钮SB4选择步进电机的转动方向，最后再按按钮SB3对步进电机进行单步执行控制。
5.3 调试结果分析
按照上述步骤，分别对系统进行软件和硬件的调试，软件调试后，生成如图（12）所示的指令程序；在硬件调试的过程中，依次按上述的步骤对系统进行检验，看能否实现相应的功能，本实验用三个指示灯Y0、Y1、Y2模拟步进电机的U、V、W三个相序，当步进电机正转时，三个指示灯按照Y0 Y0Y1 Y1 Y1Y2 Y2 Y2Y0 Y0……顺序依次循环亮灭，按下SB4反转时，三个指示灯按照Y0 Y2Y0 Y2 Y1Y2 Y1 Y0Y1 Y0……顺序依次循环亮灭；当对步进电机进行单步执行控制时，三个指示灯也按照上述的顺序逐步依次循环亮灭；按下SB1（低速按钮），灯循环的速度较慢，而按下SB2(高速按钮)时，灯循环点亮的速度较快，并且二者在循环一定时间后停止运行；任何时候按下开关SB5（停止按钮），都能使灯循环点亮停止；综上所述，本设计步进电机实现了预定的功能。
设计心得
通过本次课程设计，我们感性地认识到理论与实际的差别，加深了我们对本课程设计的理解和认识。设计之初，我们本来计划用开关控制输入，通过查阅相关资料，并结合实际工程应用，发现开关太多给操作带来极大的不便，而且容易引起误操作，最后通过对梯形图的改进，全部用按钮代替开关，操作方便。在设计程序的过程中，考虑到现实中可能出现的情况，反复地对程序进行修改，尽可能地符合工程实际应用。实验中我们遇到很多问题和故障，在锻炼了我们的动手能力的同时也提高了我们的思考、解决问题的能力。调试的过程就是观察、分析、排错的过程。在进行实验时，应该按照设计的实验步骤进行观察、记录，然后与原设计进行比较、分析，以判断每一步是否正确，从而推动整个实验的进程。实验的调试过程，实质上是一个不断发现问题，不断找出原因，不断解决问题的过程。要解决问题关键是要发现问题的所在，而要能找到出错的原因，只有通过反复的对实验运行过程中记录的参数进行分析、比较，才能发现问题。由此可见，在实验室做好现场参数的记录和分析是相当重要的。这不仅是培养我们养成良好实验习惯的机会，也是让我们学会将理论知识综合运用、掌握实验技巧、提高动手能力的重要途径。对于一个实验电路而言，往往难以立即实现预期的电路功能，对各种客观因素的影响也是难以完全预测的。
对于本例还有一些自己认为不足之处：比如为了使操作简便化统一化，用按钮代替了开关，但是这却让本来能用一个开关控制的地方却用了两个按钮，比如开关控制，而且有的地方软件设计复杂，比如正反转控制。此外，本例为了简单明了，和节省硬件费用，用PLC直带动三相步进电机，这样将限制步进电机的运行功率，实用场合不大。
在本次自主设计中，我学到了很多东西，对硬件的选型，步进电机的原理及控制，PLC的软件设计都有了更深一步的了解，我会在接下来的一年半里面更加努力，使自己的能力有更大一步提高！
参考文献
[1]、任胜杰编著。电气控制与PLC系统[M] 北京：机械工业出版社2013年2月
[2]、何衍庆，戴自祥，俞金寿编著。可编程序控制器原理及应用技巧[M] 北京：化学工业出版社1998年8月
[3]、俞雷声,方宗达编著。电气控制与PLC应用[M] 北京：机械工业出版社1998年10月
[4]、易传禄,韩希光编著。可编程序控制器应用指南[M] 上海：上海科学普及出版社1993年6月
[5]、黄大雷,吴庚申编著。可编程序控制器及其应用[M]人民交通出版社 1993年1月
南京XX大学 指导老师：张X 课程设计基于51单片机的步进电机控制 机械电子工程学院 测控技术与仪器 XXXXX Xxx 2012年1年4日
步进电机控制系统 ［摘要］本课程设计的内容是利用51单片机，达到控制步进电机的启 动、停止、正转、反转、两档速度和状态显示的目的，使步进电机控制更加灵活。步进电机驱动芯片采用ULN2803，ULN2803具有大电流、高电压，外电路简单等优点。利用四位数码管增设电机状态显示功能，各项数据更直观。实测结果表明，该控制系统达到了设计的要求。 关键字：步进电机、数码管、51单片机、ULN2803 一步进电机与驱动电路 1.1 什么是步进电机 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数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时也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。 1.2 步进电机的种类 步进电机分永磁式（PM）、反应式（VR）、和混合式（HB）三种。永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 1.3 步进电机的特点 1．精度高一般的步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，这是步进电动机最突出的优点 2．过载性好其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合； 3．控制方便步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算
汇编及接口技术课程设计 题目：步进电机控制系统 班 级： 070609 学 号： 070609313 姓 名： 赵明 时 间： 2009年12月 成绩：
目录 (一)设计任务与要求-3- (二)设计方案（包括设计思路、使用到哪些芯片、各个 芯片的作用）-------------------------------------------------3 (三)硬件线路设计（包括线路图及连线说明）----------4 (四)软件设计（包括程序流程图）-------------------------4 (五)源程序（要有注释）-------------------------------------5 (六)调试过程（包括实验过程中的硬件连线，实验步骤、 出现的问题、解决的方法、使用的实验数据等）-----8 (七)总结（在整个设计过程中的心得和体会，150字左 右）----------------------------------------------------8
课程设计题目：步进电机控制系统 一．设计任务与要求 （一）设计目的 1.了解步进电机控制的基本原理，掌握控制步进电机转动的编程方 法。 2.进一步熟练8255的使用。 （二）设计内容 编程控制步进电机，使其能够正常运转，要求： 1.开关K8控制电机的启动与停止：当K8向上拨时，电机启动，否则电机停 止； 2.开关K1～7控制电机的转速：K1向上拨时，得到最低转速，…… K7向上 拨时，得到最高转速。 3.每个开关对应一个发光二极管，要求开关向上拨时，对应的发光二极管亮。二．设计方案 （一）步进电机原理 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换（实验中的步进电机有四相线圈，每次有二相线圈有电流，有电流的相顺序变化），来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 本实验使用的步进电机线圈由四相组成，驱动方式为二相激磁方式，如图3.1 所示。 图3.1 步进电机原理图 如表3.1所示，首先使HA线圈和HB线圈有驱动电流，接着使HB和HC、HC和HD、HD和HA，又返回到HA和HB有驱动电流，按这种顺序切换，电机轴按顺时针方向旋转。 表3.1 步进电机激磁方式
设计题目：基于单片机的步进电机控制系统设计 设计目的： 综合运用所学的《单片机原理及应用》的理论知识，通过实践加强对所学知识的理解，具备设计单片机应用设计系统的能力。以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的正转和反转，加速和减速。并在LED 数码管显示器上显示步进电机转速。通过了解系统的软硬件构成及其特点，详细掌握怎样通过单片机控制其输出来控制步进电机的运转，并对应地在数码管上显示出来，更加系统的了解步进电机的组成，工作原理，控制方法。 设计要求： 【1】进行方案论证，说明步进电机控制系统的工作原理 【2】设计控制系统所需的硬件电路，给出电路原理图和元器件清单。 【3】给出软件流程图并编写程序源代码。 【4】完成系统的调试，给出调试结果并分析。 【5】了解单片机的内部结构，组成，学习单片机的工作原理以及内部工作状态，并熟悉在不同时刻，单片机的输入输出情况 【6】了解步进电机的分类和用途，掌握步进电机的内部结构以及工作原理，并学习单片机简单控制步进电机的正转和反转，加速和减速 【7】使用keil和proteus等软件进行系统的仿真，并在开发板硬件上实现。锻炼自己的编程，调试能力。 设计条件： 步进电机的工作原理 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。在非超载的情况下，电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。称为“步距角”。它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时也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。 电机的位置和速度与导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定
河北科技大学 课程设计报告学生姓名：学号： 专业班级： 课程名称： 学年学期： 2 0 —2 0 学年第学期指导教师： 2 0 年月 课程设计成绩评定表
目录 一、设计题目………………………………………………………………. 二、设计目的………………………………………………………………. 三、设计原理及方案………………………………………………………. 四、实现方法………………………………………………………………. 五、实施结果………………………………………………………………. 六、改进意见及建议……………………………………………………….
七、设计体会………………………………………………………………. 、 一、设计题目 编程实现步进电机的控制 二、设计目的 1.了解步进电机控制的基本原理 2.掌握控制步进电机转动的编程方法 3.了解8086控制外部设备的常用电路 4.掌握8255的使用方法 三、设计原理及方案 设计原理 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换（实验中的步进电机有四相线圈，每次有二相线圈有电流，有电流的相顺序变化），来使电机作步进式旋转。 驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 利用 8255对四相步进电机进行控制。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…）等。 通过编程对8255的输出进行控制，使输出按照相序表给驱动电路供电，则步进电机的输入也和相序表一致，这样步进电机就可以正向转动或反向转动。 硬件连接图 四．实现方法 ．步进电机控制程序流图
北华航天工业学院 课程设计报告（论文） 课程名称：微机控制技术课程设计 设计课题：步进电机的控制系统 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013年06月11日
北华航天工业学院电子工程系 微机控制技术课程设计任务书 姓名：专业：班级： 指导教师：职称：教授时间：2013.6.11 课程设计题目：步进电机的控制系统 设计步进电机单片机控制系统，其功能如下： 1．具有对步进电机的启停、正反转、加减速控制； 2．控制按钮分别为正转、反转、加速、减速、以及停止键； 3．能够通过三位LED数码管（或液晶显示器）显示当前的转动速度，并且由两只不同颜色的发光二极管分别指示正转和反转，因此可以清楚的显示当前转动方向和转速； 4．要求每组选择的步进电机控制字不同； 5．用单片机做控制微机； 应用软件：keil protues 成果验收形式： 1.课程设计的仿真结果 2.课程设计的报告书 参考文献： 【1】张家生. 电机原理与拖动基础【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006. 【2】马淑华，王凤文，张美金. 单片机原理与接口技术【M】.北京：北京邮电大学出版社，2007. 【3】顾德英，张健，马淑华.计算机控制技术【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006. 【4】张靖武，周灵彬. 单片机系统的PROTEUS设计与仿真【M】. 北京：电子工业出版社，2007 第16周 时间 安排 指导教师教研室主任： 2013年06 月11日
内容摘要 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。 关键词：步进电机单片机数码管显示
单片机课程设计报告设计题目：步进电机控制系统 学院自动化与信息工程学院 专业电气工程及其自动化 班级 姓名 学号 指导教师王水鱼 2010 年秋季学期
目录 1.设计目的 (2) 2.设计的主要内容和要求 (2) 3.题目及要求功能分析 (2) 4.设计方案 (5) 4.1 整体方案 (5) 4.2 具体方案 (5) 5．硬件电路的设计 (6) 5.1 硬件线路 (6) 5.2 工作原理 (7) 5.3 操作时序 (8) 6. 软件设计 (8) 6.1 软件结构 (8) 6.2 程序流程 (9) 6.3 源程序清单 (9) 7. 系统仿真 (9) 8. 使用说明 (10) 9. 设计总结 (10) 参考文献 (11) 附录 (12)
步进电机的控制 1.设计目的 （1）熟悉单片机编程原理。 （2）熟练掌握51单片机的控制电路和最小系统。 （3）单片机基本应用系统的设计方法。 2.设计的主要内容和要求 （1）查阅资料，了解步进电机的工作原理。 （2）通过单片机给参数控制电机的转动。 （3）通过按钮控制启停及反转。 （4）其他功能。 3．题目及要求功能分析 步进电机：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其精度高等特点，广泛应用于各种工业控制系统中。 三相单、双六拍步进电机的结构和工作原理： 三相单、双六拍步进电机通电方式：这种方式的通电顺
步进电动机的设计报告 题目：步进电动机的设计与制作 学院：大数据与信息工程学院 专业：计算机科学与技术 班级：电信113 学生姓名：王浩 指导教师：马光喜老师 2015年1月6日
目录 前言---------------------------------------------------------------2 1.设计目标及内容------------------------------------------------3 1.1 设计内容---------------------------------------------------4 1.2 设计目的---------------------------------------------------4 2.硬件原理及设计分析--------------------------------------------4 2.1 步进电机的工作原理-----------------------------------------5 2.2 液晶显示原理 ----------------------------------------------5 2.3 步进电机转速控制及显示设计（LCD显示转速）的硬件框图--------6 2.4 总的硬件电路图---------------------------------------------7 3.软件分析及设计------------------------------------------------8 3.1 软件需求分析-----------------------------------------------8 3.2 程序流程图-------------------------------------------------8 3.3 软件代码---------------------------------------------------9 4.操作说明及结果分析-------------------------------------------18 5.调试过程中遇到的问题和解决方法-------------------------------18 6.硬件实习总结-------------------------------------------------19 7．参考文献-----------------------------------------------------19
机器人课程设计报告范例
**学校 机器人课程设计名称 院系电子信息工程系 班级10电气3 姓名谢士强 学号107301336 指导教师宋佳
目录 第一章绪论 (2) 1.1课程设计任务背景 (2) 1.2课程设计的要求 (2) 第二章硬件设计 (3) 2.1 结构设计 (3) 2.2电机驱动 (4) 2.3 传感器 (5) 2.3.1光强传感器 (5) 2.3.2光强传感器原理 (6) 2.4硬件搭建 (7) 第三章软件设计 (8) 3.1 步态设计 (8) 3.1.1步态分析： (8) 3.1.2程序逻辑图： (9) 3.2 用NorthStar设计的程序 (10) 第四章总结 (12) 第五章参考文献 (13)
第一章绪论 1.1课程设计任务背景 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人普遍用于工业自动化领域，如汽车制造，医疗领域，如远程协助机器人，微纳米机器人，军事领域，如单兵机器人，拆弹机器人，小型侦查机器人（也属于无人机吧），美国大狗这样的多用途负重机器人，科研勘探领域，如水下勘探机器人，地震废墟等的用于搜查的机器人，煤矿利用的机器人。如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明 1.2课程设计的要求 设计一个机器人系统，该机器人可以是轮式、足式、车型、人型，也可 以是仿其他生物的，但该机器人应具备的基本功能为：能够灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还应具备一项其他功能，该功能可自选（如亮灯、按钮启动、红外接近停止等）。 具体要求如下： 1、根据功能要求进行机械构型设计，并用实训套件搭建实物。 2、基于实训套件选定满足功能要求的传感器； 3、设计追光策略及运动步态； 4、用NorthStar设计完整的机器人追光程序；
电气控制技术 课程设计 题目: 步进电机的控制 院系名称：电气工程学院 成绩： 指导老师签名：
目录 1 系统概述 (1) 1.1 对被控对象步进电机控制的分析 (1) 1.2 设计的目的及工作内容 (1) 2 方案论证 (2) 2.1 开环控制系统 (2) 2.2 闭环控制系统 (2) 3 硬件设计 (3) 3.1 系统的原理方框图 (3) 3.2 I/O分配 (3) 3.3 主电路及I/O接线图 (4) 3.4 元器件选型 (4) 3.4.1 步进电机选型 (4) 3.4.2 PLC选型 (5) 3.4.3 按钮选型 (6) 3.4.4 熔断器选型 (6) 3.5 元件清单 (7) 4 软件设计 (4) 4.1 主流程 (8) 4.1.1 转速控制 (8) 4.1.2 正反转控制 (9) 4.1.3 步数控制 (9) 4.1.4 程序流程图 (9) 4.2 梯形图及其功能注释 (10) 5 系统调试 (14) 5.1 软件调试 (14) 5.2 硬件调试 (14) 5.2.1 转速控制过程 (14) 5.2.2 正反转控制过程 (14) 5.2.3 单步执行控制过程 (14) 5.3 调试结果分析 (14) 设计心得 (15) 参考文献 (16)
1 系统概述 1.1 对被控对象步进电机控制的分析 三相步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数（脉冲频率）成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式改变，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。典型步进电机外观如图1-1。 图1-1典型步进机 1.2 设计的目的及工作内容 本设计的主要研究内容是以三菱FX2N系列PLC（可编程逻辑控制器）为核心控制步进电机，及其相关外围电路组成的控制电路设计。可以通过对几个开关按钮的控制来实现对步进电机转动的方向、速度和步数的控制。 用PLC控制三相六拍步进电机实现如下操作，其控制要求如下： 三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转的顺利为：A-AB-B-BC-C-CA-A；反转的顺利为：A-CA-C-BC-B-AB-A。 1.要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。 2.具有两种转速： （1）开关闭合，则转过一个步距角需0.5s。
课程设计报告 题目单片机控制步进电机 课程名称单片机原理及接口技术 院部名称 专业自动化 班级M10自动化 学生姓名 学号 课程设计地点 课程设计学时 指导教师高峰 金陵科技学院教务处制 【注：根据课程设计大纲第四项具体要求撰写课程设计报告】
目录 1设计任务和要求 (3) 2设计思路 (4) 3系统硬件设计 (5) 3.1 硬件电路的工作原理 (5) 3.2步进电机模块 (5) 3.3控制模块 (6) 3.4主要元件介绍： (6) 4软件编程 (11) 5 调试过程与结果 (20) 5.1正转结果显示： (20) 5.1.1正转加速： (21) 5.1.2正转减速： (21) 6 总结与体会 (24) 7 参考资料 (26) 8 附录 (26)
1设计任务和要求 单片机课程设计是考察学生利用所学过的专业知识，进行综合的电机控制系统设计并最终完成实际系统连接，能够使学生对电气与自动化的专业知识进行综合应用，培养学生的创新能力和团队协作能力，提高学生的动手实践能力。最终形成一篇符合规范的设计说明书，并参加综合实践答辩，为后期的毕业设计做好准备。 本次设计考核的能力主要有： 1)专业知识应用能力，包括电路分析、电子技术、单片机、检测技术、电 气控制、电机与拖动、微特电机及其驱动、计算机高级语言、计算机辅 助设计、计算机办公软件等课程，还包括本专业的拓展性课程如变频器、组态技术、现场总线技术、伺服电机等课程。 2)项目设计与运作能力，团队协作能力，技术文档撰写能力，PPT汇报与 口头表达能力。 3)电气与自动化系统的设计与实际应用能力。 要求完成的工作量包括： 1)现场仿真演示效果。 2)学生结合课题进行PPT演讲与答辩。 3)学生上交课题要求的各类设计技术文档。
单片机实验 课程名称：步进电机表实验 授课班级：2010级自动化三班 任课教师：文远熔 计划学时：32学时 实验组员：张藤耀赵福亮王聪慧 秦菱蔚梁钦郑欢
目录 摘要………………………………………………………………………… 第一章概述…………………………………………………………………………………………. 1.1实验目的………………………………………………………………………… 1.2实验要求………………………………………………………………………… 1.3步进电机的介绍…………………………………………………………………… 1.4 研究思路………………………………………………………………………… 第二章硬件设计………………………………………………………….. 2.1 51单片机介绍…………………………………………………………………… 2.2 UIN2003A…………………………………………………………………………… 2.3 ZLG7290…………………………………………………………………………… 2.3.1 7290工作原理………………………………………………………………… 2.3.2 7290引脚图…………………………………………………………………… 第三章相关图像………………………………………………………………. 3.1 总电路图……………………………………………………………………… 3.2 7290控制数码管……………………………………………………………………… 3.3 程序流程图………………………………………………………………………… 3.3.1 控制框图………………………………………………………………………… 3.3.2 流程图………………………………………………………………………… 第四章调试………………………………………………………………………第五章心得体会…………………………………………………………………附录【一】系统程序……………………………………………………………附录【二】参考文献…………………………………………………………….
南华大学电气工程学院 《电子技术课程设计》任务书 设计题目：步进电机控制电路 专业：本10电力02班 学生姓名: 邓鹏学号: 20104450226 起迄日期: 2012年9月28日—2012年12月28日指导教师:刘原欧阳宏志 教研室主任：苏泽光
目录 1 设计任务和要求 (2) 2电路原理分析 (3) 3 矩形波产生电路（含555电路） (4) 4 三相三拍脉冲分配器 (5) 5三相六拍脉冲分配器 (5) 6功放电路部分 (7) 7电路总原理图 (7) 8三相三拍脉冲分配器仿真图及PCB (8) 9三相六拍脉冲分配器部分仿真图及PCB图 (9) 10元件清单 (11) 11心得体会 (12)
步进电动机的控制电路 一、设计任务和要求 1、设计任务 设计制作步进电机的控制电路。 2、设计要求 (1)使用D触发器或主从JK触发器设计一个兼有三相六拍、三相三拍两 种工作方式的脉冲分配器。 (2)能控制步进电机作正向和反向运动。 (3)设计电路工作的时钟信号频率为10-100Hz。 (4)设计驱动步进电机的脉冲放大电路，使之能驱动一个相电压为24V， 相电流为0.2A的电机工作。 二．电路原理分析 1.设计要求分析 图1 三相步进电机原理图 步进电动机是一种用脉冲控制的电动机，它能将脉冲信号转换成相应的角位移。下面以反应式步迸电动机为例，说明它的结构和工作原理。 如图是三相步进电动机的结构图。从图中可以看出，电动机的定子上有六个等分的磁极，AA'、BB'、CC'，每两个相对的齿构成一相。每相上绕有一组线圈。转子有四个齿，上边不绕线圈。当A相通电，B、C相都不通电时，那么由于AA'
科技大学 课程设计报告 学生：学号： 专业班级： 课程名称： 学年学期：2 0 —2 0 学年第学期 指导教师： 20 年月
课程设计成绩评定表
目录 一、设计题目………………………………………………………………. 二、设计目的………………………………………………………………. 三、设计原理及方案……………………………………………………….
四、实现方法………………………………………………………………. 五、实施结果………………………………………………………………. 六、改进意见及建议………………………………………………………. 七、设计体会………………………………………………………………. 、 一、设计题目 编程实现步进电机的控制 二、设计目的 1.了解步进电机控制的基本原理 2.掌握控制步进电机转动的编程方法 3.了解8086控制外部设备的常用电路 4.掌握8255的使用方法 三、设计原理及方案 3.1设计原理 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换（实验中的步进电机有四相线圈，每次有二相线圈有电流，有电流的相顺序变化），来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 利用8255对四相步进电机进行控制。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…）等。 通过编程对8255的输出进行控制，使输出按照相序表给驱动电路供电，则步进电机的输入
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。
Abstract Stepping 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.
步进电机实验报告 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
Arduino步进电机实验报告 步进电机是将电信号转变为或的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，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，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制来控制电机转动的和，从而达到调速的目的。 实验目的： （1）了解步进电动机工作原理。 （2）熟悉步进电机驱动器使用方法。 （3）掌握步进电动机转向控制编程。 实验要求： （1）简要说明步进电动机工作原理。 （2）熟记步进电机驱动器的使用方法。 （3）完成步进电动机转速转向控制编程与实现。 （4）提交经调试通过的程序一份并附实验报告一份。 实验准备： 1. ArduinoUNOR3开发板 Arduino是一块基于开放原始代码的Simplei/o平台，并且具有开发语言和开发环境都很简单、易理解的特点。让您可以快速使用Arduino做出有趣的东西。它是一个能够用来感应和控制现实物理世界的一套工具。它由一个基于单片机并且开放源码的硬件平台，和一套为Arduino板编写程序的开发环境组成。Arduino可以用来开发交互产品，比如它可以读取大量的开关和传感器信号，并且可以控制各式各样的电灯、电机和其他物理设备。Arduino项目可以是单独的，也可以在运行时和你电脑中运行的程序（例如：Flash，Processing，MaxMSP）进行通讯。
西安电子科技大学 《微型计算机原理》课程设计 题目基于8086的步进电机控制 学生姓名 专业班级11级计嵌班 学号 201 院（系）信息工程学院 指导教师 完成时间年月日
目录 1 课程设计的目的 (1) 2课程设计的任务与要求 (1) 3引言 (1) 4设计方案与论证 (2) 5 设计内容及功能说明 (3) 5.1 励磁线圈及其励磁顺序 (3) 5.2工作原理 (4) 5.3 8086 CPU (5) 5.4 8255工作方式选择 (6) 5.5 ULN2003A (6) 5.6 74LS273 (7) 5.7 74LS138 (7) 6单元电路的设计（计算与说明） (7) 7硬件的制作与调试 (10) 8总结 (12) 参考文献 (13) 附录1：总体电路原理图 (14) 附录2：元器件清单 (14) 附录3：源程序代码 (15)
1 课程设计的目的 培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要教学环节。要求学生熟悉和掌握微机系统的软件、硬件设计的方法、设计步骤，使学生得到微机开发应用方面的初步训练。让学生独立或集体讨论设计题目的总体设计方案、编程、软件硬件调试、编写设计报告等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。通过本次课程设计使学生熟练掌握微机系统与接口扩展电路的设计方法，了解步进电机控制的基本原理，掌握控制步进电机转动的编程方法，进一步熟练掌握8255A并行I/O口的工作方式以及编程方法，熟练应用8086以及汇编语言编写应用程序和实际设计中的硬软件调试方法和步骤，熟悉微机系统的硬软件开发工具的使用方法。体会系统整体设计的流程与方法，为以后系统级设计积累经验。 培养学生在实际的工程设计中查阅资料，撰写设计报告表达设计思想和结果的能力。 2 课程设计的任务与要求 01.通过开关K1实现步进电机的开始与停止； 02. 通过开关K2来选择步进电机的正转与反转； 03. 通过开关K3,K4组成(2-4译码)四档电机转速选择； 04. 对每只开关的选择情况同时通过4位8段数码管来显示； 05. 扩展设计：可以在以上功能基础上，增加控制步进电机单步转动的开关；增加控制电机加速转动的开关；增加控制电机减速的开关。 3 引言 步进电机的原理是基于最基本的电磁铁作用，其模型起源于1830年之1860年，1870年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，这被认为是最初的步进电机，此后步进电机被广泛使用[1]。 步进电机是将脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制源步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，
摘要：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。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给步进电机加一个脉冲信号，步进电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性频率来实现步进电机的调速，并且步进电机没有积累误差。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常的简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。在本次设计中步进电机的给定速度由电位器通过A/D转换输入。 关键词：步进电机调速单片机 A/D转换器
前言 把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。在自动控制装置中作为执行元件。每输入一个脉冲信号，步进电动机前进一步，故又称脉冲电动机。步进电动机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，本次设计使用四相步进电机。
基于单片机控制的步进电机控制器课程设计任务书一．设计要求 （一）基本功能 1．实现步进电机的正反转控制。 2．实现步进电机的加速控制。 3．实现步进电机的减速控制。 如过载保护、欠压保护、短路保护和防飞车等功能。 （二）扩展功能 任意设定一点为圆心，实现一个直径为10cm的圆形轨迹运动。 二．设计内容 （1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出； 三．编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 四．答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。 五．计划完成时间三周 1．第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。 2．第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。 3．第三周完成软件和硬件的联合调试。
目录 1引言 (1) 2总体设计方案 (1) 2.1设计思路 (1) 2.1.1 硬件设计 (1) 2.1.2软件设计 (1) 2.2总体设计方框图 (2) 3 设计原理分析 (2) 3.1 控制按钮分析 (2) 3.2 复位电路和晶振电路分析 (3) 3.3 保护电路分析 (3) 3.4 输出驱动电路 (4) 4 总结与体会 (5) 参考文献 (6) 附录（一） (7) 附录（二） (8)
基于单片机控制的步进电机控制器 摘要：本设计为电子工程专业学生在校期间的单片机课程设计实习。是基于单片机控制的步进电机控制器。在科学技术迅速发展的今天，自动化控制技术日益完善和成熟，对步进电机的要求也越来越高，社会上所需这方面的人才也越来越多，通过本次实习，可以提高学生的动手动脑，全面综合的运用所学专业知识的能力，增强学习专业知识和技能的兴趣，掌握单片机的运用方法和技巧，深入了解步进电机的工作原理。学会用科学技术来解决生活，生产中遇到的实际问题，真正做到学以致用，造福社会。本设计是通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流，就可以控制步进电机的转动，从而实现数字和角度的转换，转动的角度大小与施加的脉冲数成正比，转动的速度与脉冲频率成正比，而转动方向则与脉冲的顺序有关。 关键词：单片机步进电机控制系统 1 引言 步进电动机是数字控制电动机。它将电脉冲信号转换成角位移，即给一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度或直线位移一步，也由此称为“步进电动机”，又称“脉冲电动机”。近十年来，数字技术，计算机技术和永磁材料的迅速发展，推动了步进电动机的发展，为步进电动机的应用开避了广阔的前景。步进电动机运用广泛，常用于军事雷达，机器人，CNC数控机床等精密控制系统。 目前，在工业中主要使用的是反应式步进电动机，它由定子和转子两部分组成。一般相数为2，3，4，5，6，每相两个绕组套在一对定子磁极上，成为控制绕组，转子是无绕组铁心。其具有力矩/惯性比高，频率响应快，步进频率高，不通电时可以自由转动，可以正反方向旋转，而且结构简单，工作寿命长。 2 总体设计方案 2.1 设计思路 2.1.1 硬件设计 （1）中心电路：中心电路采用TA89S51单片机芯片，晶振采用12MHZ，具有上电自动复位和手动复位功能。 （2）输入电路：输入电路由5个按钮组成，功能分别为正转，反转，加速，减速和停止，经过上拉电阻分别接到单片机P1口对应端。 （3）输出电路：由单片机P2口相应端输出有序的电脉冲，经过74LS04反相，驱动模拟灯有规律点亮，并经过2803A驱动器驱动，带动步进电机转动。 （4）保护电路：由模拟飞车保护电路，过载保护电路，欠压保护电路和短路保护电路组成。当电路异常时，有灯指示，并且将保护信号送到单片机P0.0口进行停车保护。 2.1.2 软件设计
专业课程设计Ⅰ 题目一 步进电机控制系统设计 院系：动化学院 专业班级：智能0801班 小组成员： 指导教师：王曙光 日期：2011.05.23-2011.06.03 目录 1课程设计描述 (2)
2.课程设计具体要求 (3) 3.主要元器件 (3) 4．基本原理阐述 (3) 4.1 步进电机的工作原理 (3) 4.2 步进电机的启停控制 (3) 4.3 步进电机的转向控制 (4) 4.4 步进电机的速度控制 (4) 4.5 步进电机的换向控制 (4) 5．实验方案 (4) 5.1 控制系统的硬件设计 (4) 5.2 电路设计 (5) 5.3 系统软件设计 (5) 5.3.1主程序图 (6) 5.3.2显示子程序 (6) 5.3.3键盘扫描子程序 (7) 5.4源程序 (7) 6．设计中的问题分析 (11) 7．参考资料 (12) 8．实验总结................................. 错误！未定义书签。 1课程设计描述： 设计一个以8051单片机作为主控制器的步进电机控制器，实现对步进电机的转速、转向的控制和显示。
2. 课程设计具体要求： （1）可通过按键设置步进电机的转向（正/反转）、转速（增/减速）； （2）可通过按键设置步进电机的励磁方式（单/双相）； （3）可通过数码管将步进电机的转速显示出来； （4）设计电路，编写程序，软件硬件仿真、调试。 3．主要元器件： 实验板（中号）、STC89C51、电容（30pFⅹ2、10uFⅹ2）、数码管（共阳、四位一体）、晶振（12MHz）、小按键（5个）、步进电机（25BY）、ULN2003等 4．基本原理阐述： 4.1 步进电机的工作原理 步进电机由定子和转子两部分组成，下面以两相反应式步进电机为例说明步进电机工作原理。 两相步进电机的定子上有两对磁极，按N、S、N、S分配，每两个相对的磁极组成一队。每对磁极都缠有同一个绕组，形成一相。转子是由软磁材料制成的，其外表面均匀分布着小齿，他们大小相同，间距相等。这些小齿与定子磁极上的小齿的锯齿相同，形状相似。 如果按下表的时序给步机绕组通电，步进电机将产生转动，改变相序通电，步进电机的转向将反相，停止发送脉冲，步进电机将停止运转。 图一步进电机结构通电相序 4.2 步进电机的启停控制 步进电机由于其电气特性,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 ,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑 ,则需采用合适的锁定波形 ,产生锁定磁力矩 ,锁定步进电机的转轴 ,使步进电机的转轴不能自由转动。