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1、重庆科技学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目 混合步进电机驱动控制系统设计 姓 名_ 张 伟_ 学 号_ 2004630899 院（系）电子信息工程学院_专业班级_自动化本科 2004 级 指导教师_ 常继彬 职 称_ 讲师 _ 评 阅 人_ 李鹏飞 _ 职 称_ 副教授 2008 年 6 月 10 日 重庆科技学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目 混合步进电机驱动控制系统设计 姓 名 张 伟 学 号 2004630899 院（系）电子信息工程学院 专业班级 自动化本科 2004 级 指导教师 常继彬 职 称 讲 师 评阅教师 职 称 2008 年 6 月 10 日 注 意
2、 事 项 1. 设计（论文）的内容包括： 1) 封面（按教务处制定的标准封面格式制作） 2) 题名页 3) 中文摘要（300 字左右） 、关键词 4) 外文摘要、关键词 5) 目次页（附件不统一编入） 6) 论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论、参考文献 7) 附录（对论文支持必要时） 2. 论文字数要求：设计（论文）字数理工类不少于 1.5 万字，文科类不少于 1.2 万字。 3. 附件包括：任务书、文献综述、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。 4. 文字、图表要求： 1) 文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不 准请他人代写。 2) 工程设计类题
3、目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应 符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写， 不准用徒手画。 3) 毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印。 4) 图表应绘制于无格子的页面上。 5) 软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档。 5. 装订顺序 1) 设计（论文） 2) 附件 按照任务书、文献综述、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3) 教师指导毕业设计（论文）情况记录表 4) 其它 学生毕业设计（论文）原创性声明学生毕业设计（论文）原创性声明 本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导 下进行
4、的设计（研究）工作及取得的成果，论文（设计）中引用他 （她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结 论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院 或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志 对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 毕业设计（论文）作者（签字）： 签字日期 年 月 日 重庆科技学院本科生毕业设计（论文） 混合步进电机驱动控制系统设计 学生姓名： 张 伟 指导老师： 常继彬 讲师 专 业：自动化本科 2004 级 院 （系）：电子信息工程学院 2008 年 6 月 10 日 重庆科技学院本科生毕业设计 中
5、文摘要 I 摘 要 步进电机作为一种数字伺服执行元件，具有结构简单，运行可靠，控制方便， 控制性能好等优点，因此在数控机床、机器人、自动化仪表等领域有着日益广泛 的应用。对于那些以低廉的开发成本，快速的开发过程，简单的系统维护为主要 设计目的，而对系统的运算速度要求不高的工程项目，独立式运动控制系统是最 理想的选择。 为了使步进电机在转速和负载变化的情况下不失步或过冲地运行，并保持最 快响应速度，就需要对其进行动态的升降速控制。本课题是以五相混合式步进电 动机运行特性为出发点，开发出以 AT89C51 为核心的控制器的步进电机驱动控制 系统，它可以驱动两相、三相及五相混合式步进电动机。本系统应
6、具有实时显示 的功能，以使用户能过直观的得到电机当下的运行状态，这主要是通过 LED 来实 现的。一个完备的驱动控制系统应具有较好的保护功能，以提高系统的可靠性。 本系统在实现应有功能的基础之上还应具有过流保护功能；另外为了防止程序跑 飞，本系统还设计了看门狗电路。 关键词：混合步进电机 AT89C51 单片机 驱动控制 看门狗 重庆科技学院本科生毕业设计 英文摘要 II ABSTRACTABSTRACT As a digital servo execution element, stepping motor is reliable, easy to be controlled and bei
7、ng of simple structure and excellent performance. It has been widely used in NC machine tools, robots, automation instruments and other fields. Independency motion controller might be the best choice as a digital servo execution element, stepping motor is reliable, easy to be controlled and being of
8、 simple structure and excellent performance. It has been widely used in NC machine tools, robots, automation instruments and other fie for those projects, which should be economic, quick to be developed, and of easy maintenance while they don t have to be of high operation speed. In order not to los
9、e a step under a varying speed and a varying load, a dynamic speed control is needed to get the fastest response. This issue is the five-phase hybrid stepping motor running characteristics as the starting point, to develop AT89C51 controller at the core of the stepper motor-driven control system, it
10、 can drive two-phase, three-phase and five-phase hybrid stepping motor. The system should have a real-time display features to enable users to get a visual of the electrical current running, through the LED to achieve mainly. Driving a comprehensive control system should have a better protection, to
11、 enhance the reliability of the system. This system should function in the achievement and also should be on the basis of overcurrent protection functions; procedures to prevent another run to fly, the system designed Watchdog circuit also. Keywords: Hybrid Stepping motor; AT89C51; Driving and Contr
12、ol; Watchdog 重庆科技学院本科生毕业设计 目录 III 目 录 中文摘要 .I 英文摘要 II 1 绪论 .1 1.1 研究背景1 1.2 选题意义2 1.3 国内外研究现状3 1.4 研究内容3 2 步进电动机原理特性 .5 2.1 步进电动机结构及工作原理5 2.1.1 混合式步进电动机结构及工作原理简析 5 2.1.2 几种步进电机的特性比较 7 2.2 步进电动机控制方法概述8 2.2.1 多步距角控制 9 2.2.2 恒流斩波控制 .12 2.3 系统总体设计方案.12 3 驱动控制系统硬件设计 14 3.1 单片机简介.14 3.1.1 单片机的主要应用领域 .14 3
13、.1.2 AT89C51 芯片的主要性能14 3.1.3 AT89C51 芯片的引脚简要说明14 3.2 控制电路设计.15 3.2.1 单片机最小系统及引脚分配 .16 3.2.2 按键输入及 LED 显示部分 .17 3.2.3 GAL 片逻辑综合17 3.2 驱动电路设计.18 3.2.1 IR2130 的应用.18 3.2.2 功率桥的设计 .21 3.3 恒流控制电路设计.22 3.3.1 TL494 工作原理简介22 3.3.2 TL494 功能实现过程简析23 3.4 保护及抗干扰电路设计.24 重庆科技学院本科生毕业设计 目录 IV 3.4.1 看门狗电路 .24 3.4.2
14、过流故障信号反馈电路 .25 3.4.3 硬件电路抗干扰设计 .26 4 驱动控制系统软件设计 28 4.1 各子程序功能实现过程.28 4.1.1 系统初始化子程序 .28 4.1.2 串口初始化子程序 .28 4.2 运行子程序.28 4.2.1 控制模式按键输入子程序 .30 4.3 键盘扫描子程序.30 4.4 显示子程序.32 5 结论 34 致谢 35 参考文献 36 重庆科技学院本科生毕业设计 1 绪论 1 1 绪论 1.1 研究背景 早在十九世纪三十年代就出现了步进电动机，那时候的步进电动机实际上是 一种可以自由回转的电磁铁，工作原理同今天的反应式步进电动机没有什么区别。 到上
15、世纪初，由于战争的需要，造船工业发展迅猛。在上世纪二十年代到三十年 代间，一些杂志先后刊登了一些步进电动机在航海技术方面应用的文章，介绍了 步进电动机的设计和计算方法。直到上世纪三十年代初这些理论才被真正用于指 导步进电动机的设计与生产，但由于其性能不能满足速度不断提高的舰船的要求， 使得这项技术徘徊了数十年之久，一度几乎被废弃。后来由于无触点式电子关元 器件的出现，解决了步进电动机励磁绕组快速换向的问题，所以在上世纪中期， 步进电动机又重新崛起。 1952 年，美国麻省理工学院首先研制成三座标数控铣床。数控机床的出现提 高了生产效率，推动了机械制造业的发展，对于采用哪种类型的电机作为进给机 构的驱动元件一直是争论的焦点，经过理论分析和现场试验，发现使用步进电动 机作为进给机构的驱动元件是较理想的选择，这一应用使得步进电动机的使用范 围更加广泛。 我国对步进电动机的研制及应用起步不算太晚，早在 1958 年，我国的一些 科研院所就研制成功了反应式步进电动机，并开始应用到数控机床中。进入上世 纪六十年代中期，结构新颖的步进电动机相继问世，为了降低电机功耗以及提高 效率，人们发明了永磁式和反应式步进电动机。到上世纪七十年代，步进电动机 的生产进入了全盛时期，其产量每年都已 11%的指数递增。到目前为止，步进电 动机已被广泛应用于数控机
