基于MCS51单片机步进电机的控制系统设计与实现

汉字，所以12864是最好的选择。

12864液晶显示器是一种内部含有简体中文字库的点阵图形液晶显示模块。其内部设置了大量的点阵和ASCII 字符集，可以完成数学、汉字和图形的显示。其串口借口引脚信号表如下[11] ：

表2.12864串口接口管脚信号

引脚名称 VSS VDD V0 RS R/W E DB0-DB7 PSB NC /RESET VR 引脚号 1 2 3 4 5 6 7-14 15 16 17 18 引脚功能 电源地 电源正 对比度（亮度）调整 低电平时，数据显示 高电平时，指令数据显示 高电平时，数据读 低电平时，数据写 使能信号 八位数据三态线 高电平时，并口方式 低电平时，串口方式 空脚 复位端，低电平有效 LCD驱动电压输出端 3.3驱动模块 本系统设计的主要目的是为了有效的控制步进电机的转动速度个运转方向，所以我们要把单片机的电脉冲信号转化为能使步进电机转动的步距角，本设计中

我采用了驱动器ULN2003作为脉冲信号的提供原。驱动模块电路图如下所示：

U2P1.0P1.1P1.2P1.312345671B2B3B4B5B6B7BCOM1C2C3C4C5C6C7C916151413121110+88.8ULN2004A 图7驱动电路模块图

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3.3.1步进电机

（1）步进电机的工作原理

通常电动机是由静止的转子和转动的转子组成，电动机的转子是一种永磁体，当有电流通过定子绕组时，定子起着接受电能产生旋转磁场的作用。转子在该磁场的作用下旋转一个角度，从而让转子的磁场方向与定子的磁场方向保持一致。同样，定子的磁场旋转一个角度，转子也会沿着该方向转动相同的角度。每接收一个电脉冲信号，电动机就会转动一个固定角度。脉冲数量越多电机旋转角度越大，脉冲频率越高电机转速越快，可以看出它们两辆成正比关系。我们只需要改变绕组的通电顺序就能够改变电动机的转动方向。因此控制电动机的转动实际上就是控制脉冲数量和频率。[12] （2）步进电机的分类

步进电机根据结构的差异通常分为以下三类： 表3.步进电机分类 类别 结构 反应式步进电机 有软磁材料组成定子绕组和转子 永磁式步进电机 步进电机的转子混合式步进电机 定子上有多相绕磁材料 力矩 步距角 精度 动态性能

用永磁材料制成 组、转子上采用永小 小（1.2o） 差 差 大 大（7.5o或15o） 差 好 大 小 好 好 （3）步进电机的主要特点和特性

步进电机转动的前提是必须添加驱动，脉冲信号时唯一能驱动电机运转的驱动信号，也就是没有脉冲信号电机就不会运转。当添加一个稳定的脉冲信号，其就会按照固定的角度转动，转动的速度与脉冲频率成正比。能够瞬间启动和快速停止时步进电机的一个优越特性。改变步进电机转动方向的一个简便方法就是改变脉冲顺序。步进电机主要具有以下有点[13]：

1、电机旋转的角度与脉冲数成正比； 2、最大的转矩出现在电机停止的位置上；

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3、每一步的精度在3%～5%，而且误差不会长期积累，上一步的误差不会叠加到下一步，因而具有良好的位置精度； 4、电机具有快速的起停和反转响应； 5、步进电机没有电刷，运行可靠，因此电机自身的轴承寿命决定了电机的寿命； 6、因为没有反馈环节，故控制简单； 7、脉冲信号的频率决定了转速，故电机有较宽的调速范围。 但是，这种电机也有自身的缺点： 1、在控制不当的情况下容易产生共振； 2、很难获得较高的转动速度； 3、转矩较小； 4、在体积重量方面没有优势，能源利用率低； 5、过载运转时会破坏同步，高速转动时会产生振动和噪声。 （4）本设计采用了28BY-J48型进电机。其参数如下[14]： 表4. 28BY-J48型进电机技术参数 电压V 5 项数 4 步距角度 5.625/64 减速比 1:64 定位转矩g.cm >=300 3.3.2 ULN2003

ULN2003是一种晶体管阵列，它的明显特点是功能强大，而且成本不高，是各种电路的理想器件，应用范围非常广。图8、图9是ULN2003的芯片引脚图和外形图：

图8 ULN2003芯片引脚图

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图9 ULN2003外形图

3.4电源模块

下图是电源模块图，有两套电源电路，其中一个是备用电路。如下图所示：

U178055VVO3C21uFC11nFGNDTR11VIBR1C71nF2C41uFU22W005GTRAN-2P2S1VIVO378055VC31uFC61nFGNDC81nFC51uF2 图10电源模块图

电源模块整流桥采用的是2W10整流桥，其是一种圆形直插式整流桥。其最

大平均工作电流2A，最大反向电压时1000V[15]。整流桥外形图如下：

图11整流桥外形图

3.5键盘模块

键盘模块主要是对步进电机的转动速度和转动方向进行有效的控制，该模块包含了加速按钮、减速按钮、正反转按钮和停止按钮。控制不进电机电的转速只需要按下加速或者减速按钮；对步进电机的方向进行控制我们只需要按下正或反转按钮；停止按钮可以随时让步进电机停止转动。键盘模块电路图如下所示：

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