課程設計說明書
題目：步進電機控制系統
班級： 測控 0801
學號： 3080302019
姓名： 史公升
時間： 2023年07月
指導教師：陳進
目錄1.課程設計任務書 3
1.1設計目的 3
1.2設計題目 3
1.3 設計要求 3
1.4 列出使用元器件和裝置清單 3
1.5完成定時/計數器8253、中斷控制8259實驗，寫出實驗報告 3
2.緒論 4
3.步進電機的硬體設計 5
3.1 總體設計思路 5
3.1.1 硬體流程圖 5
3.1.2 步進電機的工作機理 5
3.1.3 模擬裝置 7
3.1.4 模擬裝置功能的實現 7
3.2電路原理圖 8
3.2.1步進電機 8
3.2.2 零件圖 8
3.3 線路連線圖 9
3.3.1 開關電路及發光二極體 9
3.3.2 線路連線圖 10
4.步進電機軟體設計 11
4.1流程圖 11
5.除錯說明 18
5.1 除錯過程 18
5.2 除錯缺陷 18
6.總結收穫 18
7.參考文獻 19
附錄：元器件及設計清單 19
1.建立微機系統概念，加深對微機系統的理解，提高微機系統的應用能力。
2.進一步掌握微機的設計方法，通過應用程式的編寫、除錯，學習程式的除錯。
3.進一步熟悉微機典型晶元的使用，介面及外部裝置與系統的連線方法。
步進電機控制系統
1.以8086/8088 cpu為主要控制單元構建微機系統。
2.應用系統的硬體設計，畫出電路的及系統的原理圖、線路連線圖。
3.應用系統的軟體設計，畫出流程圖，寫出主要控制程式。
4.根據實驗條件，進行微機系統的部分除錯工作，寫出除錯說明。
5.整理設計說明書，列出參考文獻清單。
步進電機又稱脈衝電動機或階躍電動機，國外一般稱為step motor或steeping motor、stepper servo、stepper，等等。
目前，隨著電子技術、控制技術以及電動機本體的發展和變化，傳統電機分類間的介面越來越模糊，這是機電一體化元件元件的必然趨勢。就傳統的步進電機來說，步進電動機可以簡單的定義為，根據輸入的脈衝訊號，每改變一次勵磁狀態就前進一定角度（或長度），若不改變勵磁狀態則保持一定位置而靜止的電動機。從廣義上講，步進電動機是一種受電脈衝訊號控制的無刷式直流電動機，也可看作是在一定頻率範圍內轉速與控制脈衝頻率同步的同步電動機。
步進電動機的機理是基於最基本的電磁鐵作用，其原理模型起源於2023年至2023年間。步進電機是工業過程控制及儀表中的主要控制項之一。例如，在機械結構中，可以用絲槓把角度變成直線位移，也可以用它帶動螺旋電位器，調節電壓和電流，從而實現對執行機構的控制。
在數字控制系統中，由於它可以直接接受計算機來的數碼訊號，而不需要進行數/模轉換，所以用起來非常方便。步進電機角位移與控制脈衝間精確同步，若將角位移的改變轉變為線性位移、位置、體積、流量等物理量變化，便可實現對它們的控制。
步進電機作為執行元件的乙個顯著特點，就是具有快速啟停能力。如果負載不超過步進電機所提供的動態轉矩值，就能夠在「一剎那」間使步進電機啟動或停轉。一般步進電機的步進速率為200~1000步/秒，如果步進電機是以逐漸加速到最高轉速，然後再逐漸減速到零的方式工作，其步進速率增加1~2倍，仍然不會失掉一步。
步進電機的另外乙個顯著特點是精度高。在沒有齒輪傳動的情況下，步距角（即每步所轉過的角度）可以由90低到每步0.36。
另一方面，無論是變磁阻式步進電機還是永磁式步進電機，它們都能精確的返回到原來的位置。如乙個24步（每步為15 ）的步進電機，當其向正方向步進48步時剛好轉兩轉。如果再反向轉48步，電機將精確地回到原始的位置。
正因為步進電機具有快速啟停，精確步進以及能直接接受數字量的特點，所以使其在定位場合中得到了廣泛的應用。如在繪圖機、印表機及光學儀器中，都採用步進電機來定位繪圖筆，印字頭或光學鏡頭。特別是在工業過程控制的位置控制系統中，由於步進電機精度高以及不用位移感測器即可達到精確地定位、應用越來越廣。
步進電機工作機理是通過對它每相線圈中的電流的順序切換來使電機作步進式旋轉。驅動電路由脈衝訊號來控制，所以調節脈衝訊號的頻率便可以改變步進電機的轉速。微機控制步進電機最合適。
本實驗使用國產20by-0型步進電機，它使用+5v直流電源，每相電流為0.16a，電機線圈由四相組成，即a、b、c、d。當某項繞組通電時，對應的磁極就會產生磁場，並與轉子形成磁路。
若此時定子的小齒與轉子的小齒沒有對齊，則在磁場的作用下，轉子轉動一定的角度，使轉子齒和定子齒對齊。由此可見，「錯齒」是促進步進電機旋轉的根本原因。
步進電機驅動方式可以採用雙四拍（ab→bc→cd→da→ab）方式,也可以採用單四拍（a→b→c→d→a）方式，或單八拍（a→ab→b→bc→c→cd→d→da→a ）方式，也可以是雙八拍（ab→abc→bc→bcd→cd→cda→da→dab→ab）方式。實際控制時公共端是接在+5v上的，所以實際控制脈衝是低有效地。8255a的ｐａ口輸出的脈衝訊號經（mc1413或uln2003a）倒相驅動後，向步進電機輸出脈衝訊號序列。
當開關k4=1，步進電機驅動方式採用單八拍工作方式，當開關k4=0時，步進電機驅動方式採用單四拍驅動方式。當k2=1時為逆時針轉動，k2=0是為順時針轉動。
以下的「1」代表相應相通電，「0」代表相應相斷電，也就是通斷邏輯，而非hso的真正輸出的高低電平。如表3-1、3-2分別為四相步進電機的單四拍方式正反轉；表 3-2、3-3分別為四相步進電機單八拍通斷邏輯表。
表3-1
表3-2
表3-3
表3-4
以上為步進電機正轉時的控制順序及數學模型。
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