【分享】第十四组基于嵌入式系统的步进电机控制系统

凌煜

一、作品功能介绍
    本系统为一套基于AT89C51单片机的经济型嵌入式数控系统，具备完整的直线与圆弧插补功能，可驱动步进电机实现X/Y轴二维平面运动。系统定位精度可达±0.1mm，支持多档调速，最高运行速度达1m/min，适用于小型教学实验和科研原型开发。
人机交互采用物理按键与数码管显示组合，实时反馈电机转速与运动状态，支持正反转、变速、急停、直线/圆弧插补等多种功能，操作逻辑清晰，系统稳定可靠，成本低廉，尤其适合高校机电控制类课程实验与创新实践项目。

二、工作原理
    运动控制：AT89C51单片机通过定时器中断产生脉冲信号，经ULN2003驱动电路控制步进电机运行；
    轨迹插补：采用Bresenham算法实现直线插补，基于正弦余弦分段法实现圆弧插补，保证运动轨迹平滑精确；
    精度保障：软件算法结合硬件脉冲控制，实现高重复定位精度，运行平稳无失步；
    人机交互：通过按键设置运动参数，数码管实时显示速度档位，LED指示灯提示运行状态与插补模式。


三、设计思路
    硬件设计
      以AT89C51为核心，外扩晶振、复位电路、按键矩阵、数码管显示模块与ULN2003驱动电路；
      PCB布局采用模块化设计，信号与电源分层走线，提升抗干扰能力与稳定性；
    软件设计
      C语言编程，基于定时器中断实现脉冲生成与按键扫描；
      主循环负责状态刷新与插补调度，算法模块独立封装，便于维护与扩展；
    界面设计：
      功能包括：正/反转、启停、速度调节、直线/圆弧插补切换、实时速度显示，逻辑简洁，适合教学演示。


四、系统资源与实现
    系统完整资源包括：
      AT89C51核心控制电路原理图与PCB设计文件；
      全部C语言源代码及工程文件，含插补算法模块；
      数码管与按键驱动示例代码；
      实物演示视频与精度测试报告；

演示视频https://www.bilibili.com/video/BV17ZJZztEDg/