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1、分类号：分类号：TM383.6 U U D D C C：D10621-408-(2013)1379-0D10621-408-(2013)1379-0 密密 级：公级：公 开开 编编 号：号：20090710532009071053 步进电机驱动控制器设计步进电机驱动控制器设计 论文作者姓名：论文作者姓名：陈立超陈立超 申请学位专业：申请学位专业：测控技术与仪器测控技术与仪器 申请学位类别：申请学位类别：工学学士工学学士 指指导导教教师师姓姓名名（职职称称） ： 严寒冰（副教授）严寒冰（副教授） 论文提交日期：论文提交日期： 20132013 年年 0606 月月 0606 日日 分类号：分类号
2、：TM383.6U D C：D10621-408-(2013)1378-0 密密 级：公级：公 开开编编 号：号： 成成 都都 信信 息息 工工 程程 学学 院院 学学 位位 论论 文文 步进电机驱动控制器设计步进电机驱动控制器设计 论文作者姓名：论文作者姓名： 申请学位专业：申请学位专业：测控技术与仪器测控技术与仪器 申请学位类别：申请学位类别：工学学士工学学士 指指导导教教师师姓姓名名（职职称称） ： 论文提交日期：论文提交日期： 20132013 年年 0606 月月 0606 日日 步进电机驱动控制器设计步进电机驱动控制器设计 摘摘 要要 目前我国已经成为了世界的生产工厂，每一样产品都
3、要经过严格的检验， 只有达到合格的标准，才能投入使用。随着步进电机这日常生活生产的普遍应 用，这个元件所占的市场比例也越来越高，而且经济效益也是非常可观。当今 这个全自动化生产线的过程中，步进电机大批量生产，尤为需要对步进电机的 质量进行监测，以防止不合格的产品产生。 基于此，课题设计了一个步进电机驱动器装置。该装置通过对步进电机的 控制使其产生消耗，以此作为监测样本提供给质检部门作详细分析。本设计中， 通过 AT89C52 单片机控制液晶显示与步进电机工作模式的选择，8254 可编程 定时器/计数器作为脉冲分配器实现 1Hz2KHz 步进式脉冲输出，A3967SLB 实现对二相步进电机驱动器
4、驱动。步进电机的正转、反转和停止的时间通过按 键设定，并通过 LCD 显示出来。 实验结果表明：驱动器可以较准确实现对步进电机的正转、反转、停止时 间、以及工作模式的控制，满足了设计要求。本设计测试没有针对具体环境， 有些结论仅供参考。 关键词关键词： AT89C52；A3967SLB；8254；液晶 5110；步进电机 The Design Of Step Motor Drive Abstract At present, China has become the worlds manufacturing plant, Every product must go through a rigor
5、ous inspection, only those meet the quality requirement can been put into use. as the step motor became widely used in the Manufacturing and daily life, This component share of the market is also increasing, And economic benefits is very considerable. in the automated production line the step motor
6、is widely used Particularly need to check the quality of the step motor, In order to prevent unqualified products produced. Based on this, I design a Step motor drive, the device is controlled by the step motor to produce consumption, as a quality control department to monitor the sample to be analy
7、zed in detail. In this design, the ATC89C52 control the mode selection of step motor and the LCD. the 8254 program timer act as the pulse divider to output a 1Hz2KHz pulse then the A3967SLB will drive step motor. the forward, reverse, and the stopping time are set by the key-board ,and shown by the
8、monitor. Experimental results show that the Driver can achieve accurately in control. the forward, reverse ,stopping time and the selection working mode ,meet the design requirement. The test is not designed for a specific environment，Some conclusions are for reference only. Key words: AT89C52; A396
9、7SLB; 8254; LCD5110; step motor 目目 录录 论文总页数：46 页 1 引言1 2 步进电机应用背景1 2.1 步进电机驱动器的重要性 .2 3 设计的分析2 3.1 主控电路的设计与分析 .2 3.2 方案的具体组成 .3 4 电路的硬件设计4 4.1 AT89C52 单片机 4 4.1.1 单片机电源设计5 4.1.2 单片机的定时/计数器.7 4.2 8254 可编程定时计数器 9 4.2.2 Intel 8254 芯片结构 10 4.2.3 Intel 8254 主要特性 11 4.3 A3967SLB 步进电机驱动器12 4.3.1 A3967SLB 引
10、脚及工作参数 12 4.4 步进电机 .12 4.4.1 步进电机基本概念13 4.4.2 步进电机的种类以及工作原理13 4.4.3 步进电机的选择14 4.4.4 步进电机的驱动15 4.6 显示与键盘电路设计 .17 4.6.1 显示器的选择18 4.6.2 键盘模块设计19 4.7 硬件调试中的问题以及处理 .20 5 软件设计21 结 论23 参考文献23 致 谢23 声 明25 附 录26 第 1 页 共 46 页 1 1 引言引言 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种 自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日 俱增，在各个
11、国民经济领域都有应用。为了使我们的生活更加美满，要求这些 步进电机必须有一个可靠的使用周期，我们能获知它的使用寿命和一般规律， 我们才能更好地了解他、使用它。作为常用的执行元件，它是最容易损坏的元 件之一，小的事故会影响到我们日常的生活与学习，大的事故就会导致灾难的 到来，而且当今这个全自动化生产线的过程中，可以用到这个测试仪来测试步 进电机的质量，以防止不合格的产品产生，这个测试仪在工业生产中会有很大 的经济效益。 本设计中采用了单片机 8052 为主要控制芯片，因为这个芯片具有存储量大、 体积小、总量轻、价格低等特点，在设计中要完成单片机对电机、键盘、及存 储器等的功能，在设计中，要考虑到
12、电机的速度和方向的控制，单片机的各种 保护电路，分析到这个系统要完成包括对键盘输入数据和 LCD 显示数据的人机 操作，要在系统试验前设定好所需要的参数，而且试验过程中这些参数可随时 改动，改动后系统能完成任务。设定这些参数的目的是去控制进步电机的次数 和速度，在键盘中要用到的一些功能键与数字键的区别，所以，在程序部分应 有相应的处理。整个系统由键盘输入模块、数据显示模块、电机控制模块、数 据存储模块，整个系统要达到必须在全自动化下进行，只有改变输入参数时， 可人为操作。必须要有存储功能，以实现测完数据之后能自动存储，以便以后 调用。要有键盘与显示功能，要求软件的编写出步进电机、键盘与显示功能
13、的 程序，并且设计参数可以人为随时更改。 2 2 步进电机应用背景步进电机应用背景 步进电机的应用场合如下： 1) 步进电机主要用于一些有定位要求的场合。 例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位） ，包装机（定长度） 。基本上涉及到定位的场合都用得到。 2).广泛应用于 ATM 机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器 及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、 机器人等领域。特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输 出扭矩的应用场合。 3) 步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电 第 2 页 共 46 页 机的
14、特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控 制性能好、整机成本低。目前用于电脑绣花机的步进电机多数为五相混合式步 进电机，目的是通过采用高相数的步进电机来减小步矩角和提高控制精度，但 是采用该种方式获得的性能上的提高是有限的而且成本也相对较高。采用细 分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降 低噪音，提高步矩分辨率。若采用反应式步进电机，在性能明显提高的同时还 能大大降低产品的成本1。 2.1 步进电机驱动器的重要性步进电机驱动器的重要性 各种各样的步进电机被应用在机械、电子、纺织及一般工业或民用领域， 比如包装机、医疗仪器及设备、机器人等等。
15、因此任何步进电机都存在使用寿 命。运用在一般工业及民用领域的步进电机，对电机的使用寿命没有严格的要 求，但如果电机被应用到医疗、航天和精密仪器等领域时，电机是否良好直接 关系到病人、机器人外空探测和精确操作时的安全及经济效益，所以必须对电 机的使用寿命提出严格的要求，要求电机制造商务必把控电机的质量，因此电 机制造商在电机出场之前有必要对同一批号的产品进行抽查测试，以掌握电机 的确切寿命系数。 电机的寿命通常取决于轴承寿命，质量合格的步进电机可达上万至数万小 时，除了轴承损耗，还有电机温度高导致的磁衰减和线圈老化等问题。另外有 的步进电机应用环境温度高，或者有油污、粉尘、水等污染，也会缩短使用
16、寿 命2。用传统的测试方法完成电机的测试至少存在以下两点不足：意识测试效 率极低，因为要使测试人员能够正确观察到多组被测电机（通常要同时测试多 个电机） ，步进电机磨损测试时间较长，耗费人力物力，特别是对于精度要求高 的电机来说，人为地定时计数等不准确因素都会额外造成误差；二是对于要求 步长精确的电机，人工调试不准确。由于这些不足，电机的生产厂迫切需要开 关寿命的自动测试系统来取代传统的测试系统。 3 3 设计的分析设计的分析 这一章主要研究步进电机驱动器的整体设计方案，因为现在电器元件种类 比较多，只有选择一个合理的设计方案，才能充分发挥这些元件的作用，争取 不浪费资源，做到经济又合理，根据所选的主控元件，设计一套具体的系统组 合。 3.1 主控电路的设计与分析主控电路的设计与分析 经过分析此设计是用软件设定步进电机来代替人为操作。用给定的 8254 来 作为脉冲控制器产生脉冲信号来控制电机。利用 52 单片机内部定时计数器即可 第 3 页 共 46 页 实现定时的功能完成；A3
