项目名称：基于单片机的步进电机控制系统。
项目组成员：
专业班级： 通信工程通信c092班。
日期2011-12-3
目录。第一章绪论 2
1.1 课题简介 2
1.2 设计目的 2
1.3 设计任务 3
第二章设计元器件原理介绍 4
2.1 步进电机4
2.2 89c515
2.3 uln2803 8
第三章设计内容与所用原件 10
第四章方案论证与比较 3
4.1 方案论3
4.2步进电机驱动部分比较3
第五章硬件系统设计 5
5.1 控制电路 5
5.2 最小系统 6
5.3 驱动电路 7
5.4 显示电路 8
第六章软件设计 9
6.1 汇编语言和c语言的特点及选择 9
6.2 键扫程序设计 10
第七章系统调试与存在的问题 13
7.1 硬件调试 13
7.2 软件调试 13
总结 14附录16
通过本次课题设计，应用《单片机原理及应用》等所学相关知识及查阅资料，完成步进电机控制系统的设计，以达到理论与实践更好的结合、进一步提高综合运用所学知识和设计的能力的目的。
通过本次设计的训练，可以使我们在基本思路和基本方法上对基于mcs-51单片机的嵌入式系统设计有一个比较感性的认识，并具备一定程度的设计能力。
通过这次课程设计，让我们学习和了解了步进电机的工作原理、功能及实际应用，增加实践经验，拓宽了学习单片机的思路和视野，为以后深入学习研究单片机领域知识奠定了坚实基础。
在本次课程设计中，主要完成如下方面的设计任务：
1、本**主要研究单片机控制的步进电机系统，对步进电机的转速、方向进行控制和显示。主要内容如下：
1）通过键盘设定步进电机的转速及方向；
2）led显示步进电机的转速；
2、掌握89c51的最小电路及外围扩展电路的设计方法。
3、了解单片机数据转换功能及工作过程；
4、完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定；
5、用protel软件完成原理电路图的绘制；
步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是：它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。
步进电机分三种：永磁式（pm），反应式（vr）和混合式(hb)，步进电机又称为脉冲电机，是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动，反转和制动的执行元件，其功用是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移，由于开环下就能实现精确定位的特点，使其在工业控制领域获得了广泛应用。步进电机的运转是由电脉冲信号控制的，其角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每个一个脉冲，步进电机就转动一个角度（不距角）或前进、倒退一步。
步进电机旋转的角度由输入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电机为数字/角度转换器。
1）四相步进电机的工作原理
该设计采用了20by-0型步进电机，该电机为四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机转动。当某一相绕组通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，则转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转的原因。
2）步进电机的静态指标及术语
相数：产生不同队n、s磁场的激磁线圈对数，常用m表示。
拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即ab→bc→cd→da→ab,四相八拍运行方式即a→ab→b→bc→c→cd→d→da→a。
步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度**子齿角运行拍数），以常规。
二、四相，转子齿角为50齿角电机为例。四相运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度，八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度。
定位转矩：电机在不通电的状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）。
静转矩：电机在额定静态作业下，电机不做旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。
虽然静态转矩与电磁激磁匝数成正比，与定子和转子间的气隙有关。但过分采用减小气隙，增加励磁匝数来提高静转矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。
3）四相步进电机的脉冲分配规律
目前，对步进电机的控制主要有分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计利用单片机进行控制，主要是利用软件进行环形脉冲分配。四相步进电机的工作方式为四相单四拍，双四拍和四相八拍工作的方式。
各种工作方式在电源通电时的时序与波形分别如图1 a、b、c所示。本设计的电机工作方式为四相单四拍，根据步进电机的工作的时序和波形图，总结出其工作方式为四相单四拍时的脉冲分配规律，四相双四拍的脉冲分配规律，在每一种工作方式中，脉冲的频率越高，其转速就越快，但脉冲频率高到一定程度，步进电机跟不上频率的变化后电机会出现失步现象，所以脉冲频率一定要控制在步进电机允许的范围内。
单片机的选择：本次设计以cpu选用at89c5l作为步进电机的控制芯片．at89c51的结构简单并可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上．使用方便等优点。at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
at89c51的引脚结构图如图所示， 其管脚说明如下：
图 at89c51引脚结构图。
vcc：供电电压。
gnd：接地。
p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。
p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。
p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。
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