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1、- 1 -步进电机单片机设计步进电机单片机设计题目名称：题目名称：_ 步进电机单片机控制 指导教师：指导教师：_ _专业班级：专业班级：_ _姓姓 名：名：_ 周晓 _学学 号：号：_ _ 29 _联系电话：联系电话：_15873138731_电子邮件：电子邮件： 设计日期：设计日期： 2008 年 3 月 1 日至 2008 年 5 月 20 日设计报告日期：设计报告日期： 2008 年 5 月 20 日设计成绩：设计成绩：_ 指导教师签名：指导教师签名：_- 2 -步进电机单片机控制步进电机单片机控制目录目录摘要摘要1 1 步进电机片机控步进电机片机控 制制 331.11.1 提出问题并确
2、定设计方提出问题并确定设计方案案331.21.2 研究内容和方研究内容和方法法551.31.3 本课题研究的意本课题研究的意义义662 2 控制系统硬件电路的设控制系统硬件电路的设计计662 21 1 步进电机驱动器工作原步进电机驱动器工作原理理662.22.2 单片机最小应用系统设单片机最小应用系统设计计14142.32.3 键盘和显示部分设键盘和显示部分设- 3 -计计18182.42.4 进电机控制系统设进电机控制系统设计计22222.52.5 光电耦合电路设光电耦合电路设计计25252.62.6 步进电动机概步进电动机概述述26262.72.7 电源电路设电源电路设计计29292.82
3、.8 单片机对步进电机的控制原单片机对步进电机的控制原理理30303 3 控制系统软件设控制系统软件设计计31313.13.1 程序流程程序流程图图31313.23.2 程序设程序设计计34344 4 控制系统可靠性设控制系统可靠性设计计- 4 -37374.14.1 抗干扰措施设抗干扰措施设计计37375 5 结结论论3939致致谢谢4040参考文献参考文献 4040摘要摘要摘要:步进电动机的突出优点是它可以在宽广的频率范围内，可以利用改 变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且由其组 成的开环系统简单、廉价、可靠，因此在众多领域有着极其广泛的应用。 本设计重点研究了高性能步
4、进电机驱动器及其控制系统。该系统以微机 作为上位机，8051 单片机作为下位机。下位机设定电机速度和方向，上 位机对下位机的数据信号进行显示和备份。通过单片机与微机的串口通 讯，实现对步进电机的远距离实时监控。使用软件代替环形分配器，完 成了高效、节能的步进电机控制系统设计。软件使用易于维护的模块化 设计方法，并采取软、硬件抗干扰技术，提高了系统稳定性。大量实验 表明系统性能达到设计要求，最后对本次设计做出分析和总结。Abstract: Stepping Motor prominent advantages is that it can be broader frequency range,
5、we can use to change the frequency pulse to achieve speed, rapid since stopped, positive and control and braking, and its open-loop system composed of - 5 -simple, Cheap, reliable, in many fields have a very wide range of applications. This focus on the design of high-performance stepper motor drive
6、 and control system. The system as a PC to PC, 8051 under the SCM as a crew. The crew set motor speed and direction, PC under the crew of the display and data signals back up. SCM through the serial communication with the computer, the stepper motor to achieve the long-distance real-time monitoring.
7、 Using software instead of ring distributor, completed a highly efficient, energy-saving stepper motor control system design. Software easier to maintain the modular design methods, and to take software and hardware anti-jamming technology, enhancing the stability of the system. Large number of expe
8、riments show that system performance to meet the design requirements, the final design to make this analysis and synthesis.1 1 步进电机单片机控制步进电机单片机控制1.1 提出问题并确定设计方案1.1.1 问题的提出传统的步进电机控制方法是由触发器产生控制脉冲来进行控制的， 但此种控制方法工作方式单一且难于实现人机交互,当步进电机的参数发 生变化时,需要重新进行控制器的设计。而且由传统的触发器构成的控制 系统具有控制电路复杂、控制精度低、生产成本高等缺点。为了克服传 统
9、控制器的缺点，满足工业生产新的控制要求,在此设计一种以单片机为 核心的新型控制器。1.1.2 明确课题任务单片机对步进电机的控制有如下几项要求： (1)为用户使用方便,需要实现人机交互。 (2)为实现对不同相数的步进电机进行控制而不更换控制器的要求, 需要实现励磁方式的可控性。 (3)要求实现步进电机的转速可控和旋转角度可控。 (4)要求有足够的控制精度。1.1.3 确定设计方案- 6 -通过对控制系统的分析,确定了如下的设计方案： (1)确定系统的 I/O 点数和通道： 输入和输出量的确定： 输入量：主要是键盘输入。 输出量: 步进电机的驱动信号和 LED 数码管显示信号。 输入、输出通道的
10、确定： 除了键盘/显示器的输入/输出外,输出通道还有驱动步进电机信号的 输出通道。 (2)选择单片机： 根据控制系统所要求的控制精度、响应速度、开发环境、I/O 点数、 输入/输出通道数等情况选择了 MCS-51 系列的 8 位单片机 8051，其具有 4KB ROM 和 256B RAM，因此不需要进行存储器的扩展。 (3)确定键盘/显示器。 本设计需要一个 82 的键盘和一个 6 位的显示器，它们的接口电路 采用 8255A。 8255A 是有 Intel 公司生产的 NMOS 器件，输入和输出与 TTL 电平兼 容。电源电流最大值为 120mA，具有 3 个 8 位的并行 I/O 口，有三种工 作方式，可通过编程改变其功能，使用灵活，通用性强。因此，本设计 键盘和显示部分选用 8255A 芯片。(4)设计单片机控制系统图：步进电机接口电路与单片机连接时，为了可靠地实现信号隔离，
