步进电机研究报告

时间：2025-04-04

步进电机

步进电机控制器

1. 课题名称

基于51单片机设计并实现步进电机的控制

2. 内容介绍

① 用51单片机实现28BYJ48型四相八拍步进电机的控制。

② 使用单片机输出四路脉冲信号送到驱动电路ULN2003，驱动步进电机的相

应绕组得电，即步进电机获得脉冲，而产生一定的角位移。单片机循序不断的输出时序脉冲，就可以实现步进电机的旋转。

③ 步进电机的控制主要通过6个按键来实现，这6个按键分别表示“正转”、

“反转”、“加速”、“减速”、“消铃”和“停止”，从而实现电机的转向，转速，停止，报警的控制。

④ 通过加减速按键，对电机的转速进行控制，数码管显示转速的等级，一

共有8个转速等级。

⑤ 当电机转速超过最高等级时，蜂鸣器鸣叫，发出超速报警信号，同时自

动停止电机。再按下减速键调节时，电机又可以按设定转速自动转动。 ⑥ 当电机正转时，按下反转键，电机可以自动切换到反转状态，无需按下

停止键。

3. 国内外现状

随着计算机技术和数字控制技术的发展，步进电机的应用也日益广泛。目前，步进电机应用于磁盘驱动器、数控机床、轧钢机、机器人、以及自动化仪表等方面。

近10多年来我国微电机市场一直吸引国内外企业投资。国内巨大的市场潜力和丰富的资源、廉价的劳动力等优势，吸引了众多跨国公司和国内上市公司的目光。

步进电机

步进电动机国外早已发展高性能的混合式结构，我国混合式步进电机90年代才开始发展，混合式电机的使用量近年也在不断增长。

近年来，为克服步进电机低速转动时振动和噪声大的缺点，通过步进电机通过改变减速比等机械传动避开共振区；采用带有细分功能的驱动器；换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声；在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大，使得步进电机的发展更有前途。

近年，又采用步进电机的细分技术，减弱或消除步进电机的低频振动，更有利于减小噪声，同时提高电机的运转精度，使步进电机的控制更为精确。

步进电机因其特有的工作方式，还是有很大市场的，尤其在精度比较高的仪器上，做开环闭环控制上很实用，但是控制部分很少用到51单片机了，51的资源和速度只足以做简单的控制。

本设计只是为了实现低速的电机控制，51单片机足以实现所需功能，考虑到价格合理，设计简单，操作方便，接线简单等优势，由于经费问题，仍然选用51芯片控制。

4. 创新之处

可以直接在正反转之间进行切换，不需要中间按停止键，而且正反转之间切换时间很短。

当电机超速时，电机自动停止，发出报警信号，便于操作者进行降速的调节，同时当转速调整后，电机可以恢复到原来的运转方向和状态。

通过数码管显示转速的等级。

采用ULN2003控制电路，基本原理如下：

单片机输出四路脉冲信号，经过非门和限流电阻，送到ULN2003A。由ULN2003A放大后分给相应的绕组，步进电机的每相绕组并上一个二极管，目的是防止在三极管瞬间截止时，绕组电感所产生很高的感应电动势击穿三极管。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距，此次采用八拍控制，实现电机的转动控制。

步进电机

步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V。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）；此次设计采用八拍控制，控制时序如下表。

表3-1 步进电机正转的旋转相序：

反转的旋转相序正好与之相反。

5. 具体过程 5.1 硬件电路设计

5.1.1 单片机的最小系统

1.单片机:本次设计使用单片机芯片

STC89C51

·内含4KB的FLASH存储器檫写次数1000

STC89C51

步进电机

次；

·内含128字节的RAM； ·具有32根可编程I/O线； ·具有2个16位编程定时器 STC89C51的工作特性：

·具有6个中断源，5个中断矢量，2级优先权的中断结构； ·具有1个全双工的可编程串行通信接口； ·具有1个数据指针DPTR； ·具有可编程3级程序锁定位；