基于MCS51单片机步进电机的控制系统设计与实现

学校代码: 11509

学 号:1005073029

Hefei University

毕业设计（论文）

BACHELOR DISSERTATION

论文题目：基于MCS51单片机步进电机的控制系统设计与实现 学位类别： 工 学 学 士 学科专业： 10级自动化2班 作者姓名： 导师姓名：

完成时间： 2014年5月12日

基于MCS51单片机步进电机的控制系统设计与实现

中 文 摘 要

步进电机最早出现在十九世纪初期，经过一段时期的发展步进电机被广泛应用在各个领域，因为其具有良好的控制作用。所以对步进电机控系统进一步的探索有着更为深远的意义。

本设计是基于单片步进电机的控制系统，硬件设计采用STC89C52单片机为控制核心；选取ULN2003作为驱动器提供脉冲频率，驱动步进电机运转；通过键盘的加减速按钮、正反转按钮和停止按钮来控制步进电机的速度、方向和停止，最后通过测试传感器将这几个参数显示在12864液晶显示器上。软件设计采用KEIL软件工具进行C语言编写，通过各个模块端口的定义，编写出了步进电机加减速控制和正反转的程序，最后通过各模块程序调试对硬件电路施行控制。

本设计以经济实用为原则，通过软硬件结合的设计，实现了对步进电机转动速度和方向的有效控制。该系统具有控制性好，设计成本低等优点。

关键字：STC89C52；步进电机；控制系统；测速传感器

Stepper motor control system design and implementation based on

MCS51 microcontroller

ABSTRACT

The stepping motor was invented in the early 1800s, after a long period of development of the stepper motor is widely used in various fields, because it has good control effect. Therefore, the study of the stepper motor control system has a very important significance.

This design is stepper motor control system based microcomputer, hardware design uses STC89C52 microcontroller as the control core; select ULN2003 as driver provides pulse frequency drive stepper motor rotation; through acceleration and deceleration button keyboard, forward and reverse button and stop buttons to control the stepper motor speed, direction and stops, Then these several parameters was displayed on the LCD monitor 12864 by the speed sensor. Software design using KEIL software tools for C language, defined each module port, and write a stepper motor control acceleration and deceleration and reversing the process. finally to control the hardware circuit through debugging.

The design principle of economical and practical, through combination of software and hardware designed to achieve the effective control of the stepper motor rotation speed and direction. The system has good controllability and low coat.

Keywords: STC89C52; stepper motor; control systems; speed sensor

目 录

第一章 绪论 ..................................................................................................................................... 1

1.1课题背景 ............................................................................................................................ 1 1.2课题研究的目的及意义 .................................................................................................... 2 1.3系统设计的主要任务 ........................................................................................................ 2 第二章 总体方案设计 ..................................................................................................................... 3

2.1系统总体设计与分析 ......................................................................................................... 3 2.2各模块功能说明 ................................................................................................................ 3 2.3本章小结 ............................................................................................................................ 4 第三章 控制系统硬件分析与设计 ............................................................................................... 5

3.1.中央处理器模块 ............................................................................................................... 5

3.1.1单片机 .................................................................................................................... 5 3.1.2复位电路 ................................................................................................................ 7 3.1.3振荡电路 ................................................................................................................ 8 3.2显示模块 ............................................................................................................................ 8 3.3驱动模块 ............................................................................................................................ 9

3.3.1步进电机 .............................................................................................................. 10 3.3.2 ULN2003 ............................................................................................................... 11 3.4电源模块 .......................................................................................................................... 12 3.5键盘模块 .......................................................................................................................... 12 3.6本章小结 .......................................................................................................................... 13 第四章 控制系统软件分析与设计 ............................................................................................... 14

4.1 主程序流程图 ................................................................................................................. 14 4.2 12864显示程序流程图 .................................................................................................. 15 4.3正反转程序流程图 .......................................................................................................... 16 4.4加减速程序流程图 .......................................................................................................... 17 4.5本章小结 .......................................................................................................................... 17 第五章 系统的测试与结果分析 ................................................................................................... 18

5.1软件测试工具 .................................................................................................................. 18 5.2测试数据与分析 .............................................................................................................. 19

5.2.1圈数测试 .............................................................................................................. 19 5.2.2速度测试 .............................................................................................................. 19 5.3本章小结 .......................................................................................................................... 21 第六章 毕业设计总结 ................................................................................................................... 22 参考文献......................................................................................................................................... 23 致谢 ................................................................................................................................................ 24 附录 ................................................................................................................................................ 25

附录一 系统电路仿真图 ....................................................................................................... 25 附录二 系统实物图 ............................................................................................................... 26 附录三 单片机端口分配表 ................................................................................................... 27 附录四 系统程序 ................................................................................................................... 28

第一章 绪论

本章简单的介绍了步进电机的发展史，步进电机在各个领域的应用。论述了研究本课题的目的和意义，最后简要的叙述了本设计控制系统需要完成的几项任务。

1.1课题背景

在21世纪，电动机在我们社会中扮演着十分重要的角色，无论在工业、农业还是在我们日常生活中起着重要的作用。步进电机是一种特殊的可以控制的电动机，在现代社会的额各个领域有着广泛的应用。因为步进电机具有良好的控制作用，而且是当今机械电子工程的主要构件之一。因此步进电机大量地使用在各类不同的自动化设备及控制装置等领域 [1]。

早期的步进电机大约出现在十九世纪三十年代左右，在通电的情况下，有一种能够自由旋转的电磁铁，就是我们所说的早期步进电机，其工作原理和现在的步进电机本质上是相同的[2]。到了上世纪初，由于出现大规模的战争，军工业和造船业等重工业的快速发展，步进电机的需求量被无线放大。同时期的西方报纸和期刊先后刊登了大量步进电机在军工业和造船业上应用的文章，那是的文章已经详细的介绍了不进电机电的设计方法和计算等。在后来的一段时期这些理论被用于实践指导步进电机的结构设计和批量的生产[3]。

到了二十世纪八十年代后，步进电动机的控制方式开始变得更加多样化，主要原因是多用途模式的步进电机的产生。在微电子个计算机技术高速发展的情况下，直接引起了对步进电机的使用数量成爆炸式增长，在各国家的军事领域和国民经济领域都有着广泛的应用。步进电机实际上是一种将电脉冲转化为角位移的控制元件，它突出的优点是自身构造简单，具有快速的启动、停止和反转响应，运行安全可靠。步进电机还有一些非常特殊的地方，它的步距值不会随着现场温度和电压的变化而改变，同时误差亦不会长时间积累，所以给实践的操作中带来了很大的方便[4]。步进电机大量使用在各类产品中，其中消费类产品包括打印机和照相机等；工业产品包括机器人、数字控制体系和纸带传送机构等。因此对步进电机的详细研究具有十分重要的意义。本文设计了一种以STC89C52单片机为核心元件的控制系统。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gaa2.html