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1、 毕毕业业论论文文（设设计计）基于单片机的步进电机控制器设计基于单片机的步进电机控制器设计学 院 专 业 年 级 学生姓名 学 号 年 月 日摘 要本文应用单片机、步进电机驱动芯片、字符型 LCD 和键盘，构建了集步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。CPU 采用 89C51 作为步进电机的控制芯片；步进电机的应选用三相三拍的步进电机；显示电路的用 LCD1602，分别用来显示步进电机的实际转速与给定转速；键盘的连接一般有两种方式，一种是独立式键盘；一种是行列式键盘，本次设计一共用 4 个键因此采用独立式键盘；电源电路用了+5V、+12V 电源，采用的是78 系列的集成固定三端稳压管
2、；由于系统中不可避免会从外界引入干扰，影响系统的控制精度，使系统的稳定性变差，故采用了硬件和软件抗干扰措施。软件的设计：包括显示子程序、键盘子程序、驱动程序、正反转程序、转速快慢程序、以及定时中断程序。关键词: 步进电机，液晶显示，L2980目目 录录第第 1 1 章章 绪绪 论论 .2 21.1 引言 .2 1.2 步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 .3 1.2.1 常见的步进电机控制方法.3第第 2 2 章章 系统方案设计系统方案设计 .5 52.1 步进电机的选择 .5 2.2 单片机的选择 .5第第 3 3 章章 系统硬件电路设计系统硬件电路设计 .9 93.1 单片机微控制器电路
3、设计 .9 3.1.1 AT89C51 微控制器特点 .9 3.1.2 AT89C51 单片机引脚功能 .9 3.1.3 晶振电路设计.11 3.1.4 复位电路设计 .12 3.2 电源模块设计 .12 3.3 步进电机驱动电路设计 .13 3.4 液晶显示电路 .14第第 4 4 章章 系统软件实现系统软件实现 .16164.1 系统软件主程序设计 .16 4.2 系统初始化程序设计 .17 4.3 电机驱动程序设计 .17 4.4 液晶显示程序设计 .19第第 5 5 章章 系统测试系统测试 .20205.1 运行结果.20 5.2 仿真软件介绍.21总总 结结 .2121致致 谢谢 .
4、2222参考文献参考文献 .2323程序附录程序附录 .24241第 1 章 绪 论1.1 引言步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、 Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机
5、转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点1。正是由于步进电机具有突出的优点，广泛应
6、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，在各个国民经济领域都有应用2。比如在数控系统中就得到广泛的应用。目前世界各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国已经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。近年来由于微型计算机方面的快速发展，使步进电机的控制发生了革命性变革。优点明显的步进电机被广泛应用在电子计算机的许多外围设备中，例如打印机，纸带输送机构，卡片阅读机，主动轮驱动机构和存储器存取机构等，步进电机也在军用仪器，通信和雷达设备，摄影系统，光电组合装置，阀门控制，数控机床，电子钟，医疗设备及自动绘图仪，数字
7、控制系统，工具机控制，程序控制系统以及2许多航天工业的系统中得到应用3。因而，对于步进电机控制的研究也就显得尤为重要了。1.2 课题研究背景电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行机构。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用
8、步进电机来控制变的非常的简单，价钱比较低廉，所以其应用的越来越广泛，以后在速度、位置等领域，利用单片机控制实现其控制效果，会陆续的占有一席之地。1.3 步进电机常见的控制方案与驱动技术简介1.3.1 常见的步进电机控制方法1、基于电子电路的控制步进电机受电脉冲信号控制，电脉冲信号的产生、分配、放大全靠电子元器件的动作来实现。由于脉冲控制信号的驱动能力一般都很弱，因此必须有功率放大驱动电路。步进电机与控制电路、功率放大驱动电路组成一体，构成步进电机驱动系统。此种控制电路设计简单，功能强大，可实现一般步进电机的细分任务。这个系统由三部分组成：脉冲信号产生电路、脉冲信号分配电路、功率放大驱动电路。系统组成如图 1.1 所示。功 率 放 大 驱 动 电 路脉 冲 控 制 器环 形 分 配 器步 进 电 机图 1.1 基于电子电路控制系统3此种方案即可为开环控制，也可闭环控制。开环时，其平稳性好，成本低，设计简单，但未能实现高精度细分。采用闭环控制，即能实现高精度细分，实现无级调速。闭环控制是不断直接或间接地检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适当的处理，自动给出脉冲链，使步进电机每一步响应控制信号的命令，从而只要控制策略正确电机不可能轻易失步4。该方案多通过一些大规模集成电路来控制其脉
