基于单片机的步进电动机控制系统设计

李盾

摘要：步进电动机是一种受脉冲信号控制的电机元件，文章介绍了一种选用单片机STC89C52系统，该系统遵循操作方便，性价比高的原则，设计出一种安全稳定、适应性强的步进电动机控制系统。

关键词：步进电动机；STC89C52；系统设计

中图分类号：TM383 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）12-0019-03

步进电动机又被称为脉冲电动机或阶跃电动机，每给步进电动机一个脉冲信号，它就转过一个固定角度。步进电动机只存在周期性误差，故精确度很高。目前，控制步进电动机主要有三种方式，分别是基于电子电路控制、基于单片机控制和基于PLC控制。由于电子电路控制步进电动机时，若用于开环系统，精度较低，用于闭环系统，虽可以实现高精度控制，但需要通过一系列集成电路来实现，灵活性反而降低；通过PLC控制时，由于PLC扫描周期过短，工作在高频区域时会导致精度降低；基于单片机控制步进电动机，灵活性较高，只需要改变软件就能适用于不同的环境，配合上显示电路、复位电路和控制电路，将大大提高人机交互性。

1 总体设计

本系统的组成框图（图1）如下，单片机接受来自键盘控制模块的指令，并将状态信息传递至显示模块，单片机控制信号经驱动电路，可控制步进电动机的转速及方向。本系统选用的单片机STC89C52有40个引脚，其中P2.0--P2.3为步进电动机驱动信号，P1为数码管控制端口，P2.5为数码管控制芯片74HC573位码选通控制端，P2.7为74HC573段码选通控制端，P0.0--P0.2为位显示端口，P2.4为运行状态显示端口，P2.6为运行方向显示端口，P3.4--P3.7为扫描键盘行线，P3.2--P3.3为扫描键盘列线。

2 硬件电路设计

本系统工作电压为5V，初始化复位操作有上电复位和手动复位两种方式。上电复位即STC89C52上电后，通过外部复位电容实现自动复位，手动复位是通过运行过程中按下RST按键实现的。单片机的内部震荡方式是在Pin18和Pin19引脚上接上12M晶振，晶振两端接30pF电容，电容另一端并联接地。

由于单片机的输入输出端口有限，故按键输入电路采用动态扫描的设计方式，扫描键盘的返回线端口是P3.2和P3.3，即单片机的外部中断输入端口。按键扫描的原理是，扫描线顺序设定为P3.4～P3.7，当P3.4置零后，单片机读取返回线的状态如果全是1，则表示没有按键按下；如果P3.2或P3.3为零，则表示相应的按键按下，随即进入相应的处理程序。扫描完成后，将P3.4置1。以此类推，先后扫描P3.5、P3.6和P3.7。在处理相应程序前，需要增加一个延时函数，以去除抖动避免重复执行程序。

系统的显示电路由四位共阴数码管和74HC573组成。选用74HC573，可以节省单片机的输入输出端口。两片74HC573的2--9引脚分别连接单片机P1.0--P1.7端口，其中一片74HC573控制数码管的段显示，其19--12引脚与数码管的A—DP相连接，另一片74HC573控制数码管的位显示，其19--16引脚与数码管的使能端相连接。数码管动态显示时，如要显示“1、2、3、4”，单片机的P1口先输出令第一个数码管点亮的位码0xfe，然后令控制位显示的74HC573锁存端置1，段显示74HC573置0，相应数码管点亮。随后P1口输出1的段显示码0x06，经短暂延时后，依次点亮第二个、第三个和第四个数码管，并相应显示对应的数字。

本系统选用的28BYJ48型步进电动机属于四项五线电机，步进角度为5.625/64度，转动一周所需的脉冲数为4096，工作电压为直流5-12V，本系统使用ULN2003直接驱动步进电动机，并采用单项绕组通电四拍模式的驱动方式（A-B-C-D-A）。

3 软件设计

系统经过初始化后，便进入待机状态，等待按键中断的产生。在连续运行模块中，定时器1开启后，便进入显示扫描。在连续运行模块中，位按键按下，再按上升键和下降键调节，最后按下启停键，步进电动机便按照设定的速度运行。如果需要改变方向，按下反向键即可。进入预置步模式时，首先开启定时器1，数码管便显示当前的模式是模式3，设定的步数是零，然后用位选择键、上升键和下降键可以调整步数，反向键可以改变运行的方向。定时器0控制步进电动机的输出频率，当定时器0发生中断后，相应的记录中断次数元素t加1，当t的数值与设定的档位大小相等的时候，单片机向步进电动机输出一个脉冲信号，步进电动机便运行一步。定时器1的中断发生，重设初始值时，调用显示函数，数码管便显示设定的各项数值。

4 仿真实验和调试

本系统使用Keil代码调试软件和Proteus仿真软件，分别对模式键、位选择键、上升键、下降键、启停键、反向键、顺时针键、逆时针键、连续运行模式和预置步模式进行仿真调试，设计完全达到了预期功能。

5 结语

本系统通过分析步进电动机的工作原理，按照实用、可靠和低成本的原则，设计出一种满足精度较高，控制较为完备的步进电动机控制系统，大大提高了系统的灵活性和适应性。本系统的开发设计，将对数控系统、通信和雷达设备、医疗装置及数控系统的发展产生积极的影响。

参考文献

[1] 毕少新.步进电机驱动控制的应用研究[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2] 杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：清华大学出版社，2008.

摘要：步进电动机是一种受脉冲信号控制的电机元件，文章介绍了一种选用单片机STC89C52系统，该系统遵循操作方便，性价比高的原则，设计出一种安全稳定、适应性强的步进电动机控制系统。

关键词：步进电动机；STC89C52；系统设计

中图分类号：TM383 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）12-0019-03

步进电动机又被称为脉冲电动机或阶跃电动机，每给步进电动机一个脉冲信号，它就转过一个固定角度。步进电动机只存在周期性误差，故精确度很高。目前，控制步进电动机主要有三种方式，分别是基于电子电路控制、基于单片机控制和基于PLC控制。由于电子电路控制步进电动机时，若用于开环系统，精度较低，用于闭环系统，虽可以实现高精度控制，但需要通过一系列集成电路来实现，灵活性反而降低；通过PLC控制时，由于PLC扫描周期过短，工作在高频区域时会导致精度降低；基于单片机控制步进电动机，灵活性较高，只需要改变软件就能适用于不同的环境，配合上显示电路、复位电路和控制电路，将大大提高人机交互性。

1 总体设计

本系统的组成框图（图1）如下，单片机接受来自键盘控制模块的指令，并将状态信息传递至显示模块，单片机控制信号经驱动电路，可控制步进电动机的转速及方向。本系统选用的单片机STC89C52有40个引脚，其中P2.0--P2.3为步进电动机驱动信号，P1为数码管控制端口，P2.5为数码管控制芯片74HC573位码选通控制端，P2.7为74HC573段码选通控制端，P0.0--P0.2为位显示端口，P2.4为运行状态显示端口，P2.6为运行方向显示端口，P3.4--P3.7为扫描键盘行线，P3.2--P3.3为扫描键盘列线。

2 硬件电路设计

本系统工作电压为5V，初始化复位操作有上电复位和手动复位两种方式。上电复位即STC89C52上电后，通过外部复位电容实现自动复位，手动复位是通过运行过程中按下RST按键实现的。单片机的内部震荡方式是在Pin18和Pin19引脚上接上12M晶振，晶振两端接30pF电容，电容另一端并联接地。

由于单片机的输入输出端口有限，故按键输入电路采用动态扫描的设计方式，扫描键盘的返回线端口是P3.2和P3.3，即单片机的外部中断输入端口。按键扫描的原理是，扫描线顺序设定为P3.4～P3.7，当P3.4置零后，单片机读取返回线的状态如果全是1，则表示没有按键按下；如果P3.2或P3.3为零，则表示相应的按键按下，随即进入相应的处理程序。扫描完成后，将P3.4置1。以此类推，先后扫描P3.5、P3.6和P3.7。在处理相应程序前，需要增加一个延时函数，以去除抖动避免重复执行程序。

系统的显示电路由四位共阴数码管和74HC573组成。选用74HC573，可以节省单片机的输入输出端口。两片74HC573的2--9引脚分别连接单片机P1.0--P1.7端口，其中一片74HC573控制数码管的段显示，其19--12引脚与数码管的A—DP相连接，另一片74HC573控制数码管的位显示，其19--16引脚与数码管的使能端相连接。数码管动态显示时，如要显示“1、2、3、4”，单片机的P1口先输出令第一个数码管点亮的位码0xfe，然后令控制位显示的74HC573锁存端置1，段显示74HC573置0，相应数码管点亮。随后P1口输出1的段显示码0x06，经短暂延时后，依次点亮第二个、第三个和第四个数码管，并相应显示对应的数字。

本系统选用的28BYJ48型步进电动机属于四项五线电机，步进角度为5.625/64度，转动一周所需的脉冲数为4096，工作电压为直流5-12V，本系统使用ULN2003直接驱动步进电动机，并采用单项绕组通电四拍模式的驱动方式（A-B-C-D-A）。

3 软件设计

系统经过初始化后，便进入待机状态，等待按键中断的产生。在连续运行模块中，定时器1开启后，便进入显示扫描。在连续运行模块中，位按键按下，再按上升键和下降键调节，最后按下启停键，步进电动机便按照设定的速度运行。如果需要改变方向，按下反向键即可。进入预置步模式时，首先开启定时器1，数码管便显示当前的模式是模式3，设定的步数是零，然后用位选择键、上升键和下降键可以调整步数，反向键可以改变运行的方向。定时器0控制步进电动机的输出频率，当定时器0发生中断后，相应的记录中断次数元素t加1，当t的数值与设定的档位大小相等的时候，单片机向步进电动机输出一个脉冲信号，步进电动机便运行一步。定时器1的中断发生，重设初始值时，调用显示函数，数码管便显示设定的各项数值。

4 仿真实验和调试

本系统使用Keil代码调试软件和Proteus仿真软件，分别对模式键、位选择键、上升键、下降键、启停键、反向键、顺时针键、逆时针键、连续运行模式和预置步模式进行仿真调试，设计完全达到了预期功能。

5 结语

本系统通过分析步进电动机的工作原理，按照实用、可靠和低成本的原则，设计出一种满足精度较高，控制较为完备的步进电动机控制系统，大大提高了系统的灵活性和适应性。本系统的开发设计，将对数控系统、通信和雷达设备、医疗装置及数控系统的发展产生积极的影响。

参考文献

[1] 毕少新.步进电机驱动控制的应用研究[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2] 杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：清华大学出版社，2008.

摘要：步进电动机是一种受脉冲信号控制的电机元件，文章介绍了一种选用单片机STC89C52系统，该系统遵循操作方便，性价比高的原则，设计出一种安全稳定、适应性强的步进电动机控制系统。

关键词：步进电动机；STC89C52；系统设计

中图分类号：TM383 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）12-0019-03

步进电动机又被称为脉冲电动机或阶跃电动机，每给步进电动机一个脉冲信号，它就转过一个固定角度。步进电动机只存在周期性误差，故精确度很高。目前，控制步进电动机主要有三种方式，分别是基于电子电路控制、基于单片机控制和基于PLC控制。由于电子电路控制步进电动机时，若用于开环系统，精度较低，用于闭环系统，虽可以实现高精度控制，但需要通过一系列集成电路来实现，灵活性反而降低；通过PLC控制时，由于PLC扫描周期过短，工作在高频区域时会导致精度降低；基于单片机控制步进电动机，灵活性较高，只需要改变软件就能适用于不同的环境，配合上显示电路、复位电路和控制电路，将大大提高人机交互性。

1 总体设计

本系统的组成框图（图1）如下，单片机接受来自键盘控制模块的指令，并将状态信息传递至显示模块，单片机控制信号经驱动电路，可控制步进电动机的转速及方向。本系统选用的单片机STC89C52有40个引脚，其中P2.0--P2.3为步进电动机驱动信号，P1为数码管控制端口，P2.5为数码管控制芯片74HC573位码选通控制端，P2.7为74HC573段码选通控制端，P0.0--P0.2为位显示端口，P2.4为运行状态显示端口，P2.6为运行方向显示端口，P3.4--P3.7为扫描键盘行线，P3.2--P3.3为扫描键盘列线。

2 硬件电路设计

本系统工作电压为5V，初始化复位操作有上电复位和手动复位两种方式。上电复位即STC89C52上电后，通过外部复位电容实现自动复位，手动复位是通过运行过程中按下RST按键实现的。单片机的内部震荡方式是在Pin18和Pin19引脚上接上12M晶振，晶振两端接30pF电容，电容另一端并联接地。

由于单片机的输入输出端口有限，故按键输入电路采用动态扫描的设计方式，扫描键盘的返回线端口是P3.2和P3.3，即单片机的外部中断输入端口。按键扫描的原理是，扫描线顺序设定为P3.4～P3.7，当P3.4置零后，单片机读取返回线的状态如果全是1，则表示没有按键按下；如果P3.2或P3.3为零，则表示相应的按键按下，随即进入相应的处理程序。扫描完成后，将P3.4置1。以此类推，先后扫描P3.5、P3.6和P3.7。在处理相应程序前，需要增加一个延时函数，以去除抖动避免重复执行程序。

系统的显示电路由四位共阴数码管和74HC573组成。选用74HC573，可以节省单片机的输入输出端口。两片74HC573的2--9引脚分别连接单片机P1.0--P1.7端口，其中一片74HC573控制数码管的段显示，其19--12引脚与数码管的A—DP相连接，另一片74HC573控制数码管的位显示，其19--16引脚与数码管的使能端相连接。数码管动态显示时，如要显示“1、2、3、4”，单片机的P1口先输出令第一个数码管点亮的位码0xfe，然后令控制位显示的74HC573锁存端置1，段显示74HC573置0，相应数码管点亮。随后P1口输出1的段显示码0x06，经短暂延时后，依次点亮第二个、第三个和第四个数码管，并相应显示对应的数字。

本系统选用的28BYJ48型步进电动机属于四项五线电机，步进角度为5.625/64度，转动一周所需的脉冲数为4096，工作电压为直流5-12V，本系统使用ULN2003直接驱动步进电动机，并采用单项绕组通电四拍模式的驱动方式（A-B-C-D-A）。

3 软件设计

系统经过初始化后，便进入待机状态，等待按键中断的产生。在连续运行模块中，定时器1开启后，便进入显示扫描。在连续运行模块中，位按键按下，再按上升键和下降键调节，最后按下启停键，步进电动机便按照设定的速度运行。如果需要改变方向，按下反向键即可。进入预置步模式时，首先开启定时器1，数码管便显示当前的模式是模式3，设定的步数是零，然后用位选择键、上升键和下降键可以调整步数，反向键可以改变运行的方向。定时器0控制步进电动机的输出频率，当定时器0发生中断后，相应的记录中断次数元素t加1，当t的数值与设定的档位大小相等的时候，单片机向步进电动机输出一个脉冲信号，步进电动机便运行一步。定时器1的中断发生，重设初始值时，调用显示函数，数码管便显示设定的各项数值。

4 仿真实验和调试

本系统使用Keil代码调试软件和Proteus仿真软件，分别对模式键、位选择键、上升键、下降键、启停键、反向键、顺时针键、逆时针键、连续运行模式和预置步模式进行仿真调试，设计完全达到了预期功能。

5 结语

本系统通过分析步进电动机的工作原理，按照实用、可靠和低成本的原则，设计出一种满足精度较高，控制较为完备的步进电动机控制系统，大大提高了系统的灵活性和适应性。本系统的开发设计，将对数控系统、通信和雷达设备、医疗装置及数控系统的发展产生积极的影响。

参考文献

[1] 毕少新.步进电机驱动控制的应用研究[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2] 杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计[M].北京：清华大学出版社，2008.