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1、毕业设计(论文)开题报告学学 生生 姓姓 名：名：学学 号：号：专专 业：业：机械设计制造及其自动化设计设计(论文论文)题目题目：基于单片机的步进电机控制系统的设计指指 导导 教教 师师:2012年3月1日毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述文文 献献 综综 述述一步进电机控制系统研究背景一步进电机控制系统研究背景步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，步进电机区别于其他控制电机的最大特点
2、是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。因此非常适合单片机控制。步进电机作为控制执行元件，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和精密机械等领域。例如，在仪器仪表，机床设备以及计算机的外围设备中（如打印机和绘图仪等） ，凡需要对转角进行精确控制的情况下，使用步进电机最为理想。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。以前的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路，或者集成电路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路，不利
3、于系统的改进升级。基于微型单片机的控制系统则通过软件来控制步进电机，能够更好地发挥步进电机的潜力。因此，用微型单片机控制步进电机己经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求。二国内外研究步进电机控制系统概况二国内外研究步进电机控制系统概况我国数控机械和普通机床的微机改造中大多数均采用开环步进电机控制系统，为了适应一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求，我国改革开放初期研究步进电机细分驱动技术，细分驱动是指在每次脉冲切换时，不是将绕组的全部电流通入或切除，而是 只改变相应绕组中电流的一部分，电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分。细分包括振荡器、环行分配器控制的细分驱动。另外还有基于单片
4、机斩波恒流驱动、基于单片机的直流电压驱动三种常见驱动方式，除上述三种步进电机的驱动方案之外，目前报道 的驱动方案还有根据汇编语言或 C 语言进行软件开发，通过串行或并行通行的方式实现毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告机与步进电机控制器之间的数据通信，最终实现由 PC 机直接控制步进电机的方法。国外对步进电机的研究一直很活跃。目前，国外对步进电机的控制和驱动的一个重要发展方向是大量采用专用芯片，结果是大大缩小驱动器的体积，明显提高了整机的性能。比较典型的芯片有两类 ：一类芯片的核心是用硬件和微程序来保证步进电机实现合理的加减速过程 ，同时完成计长走步、正反转等。对于开
5、环使用的步进电机 ，实现合理的加减速过程便可使其达到较高的运行频率而不失步或过冲。例如日本的ppmc101b 便是这种芯片。采用这类专用集成电路可驱动 35 相电路 ，可选择励磁方式 ，转速精确，设定的转速范围宽 、加减速的过渡时间及上升陡度可根据负载选定 ，此外还有单步运转和不同的停止方式。三步进电机控制的发展趋势三步进电机控制的发展趋势随着自动控制技术、计算机网络通信技术在众多领域中的进一步应用与发展以及数字化、智能化技术的日益发展，步进电机将会在更加深入广泛的领域中得以应用，并且其控制系统也将随之发展，尤其是智能化应用技术方向的发展将会成为步进电机下一阶段的发展趋势。四四本课题的目的及研
6、究内容、研究意义本课题的目的及研究内容、研究意义步进电机最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要 A/D 转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。目前，在数控生产等应用领域，有三分之二以上采用的是步进电机作为伺服控制系统的控制电机的。因此，如何改善步进电机的控制方法以提高定位系统的定位精度，成为提高系统性能的关键所在。所以本项设计，通过 AT89C51 单片机及脉冲分配器(又称逻辑转换器) PMM 8713 完成步进电机各种运行方式的控制。实现步进电机在三拍、六拍工作方式下的正反转控制、无级调速控制等功能，cpu 运行速度大为加快，提高了系统
7、响应速度，能达到提高系统定为精度，减少响应时间，减小整体体积的目的，使得步进电机在开环控制系统里就能实现精确地控制，对改进数控机床的加工精度有重大意义。整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过人机交互接口可实现各功能设置,操作简单,易于掌握。对于提高毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告工业精密定位技术，进行产品革新、扩大生产和提高良品率和国际经济竞争力有着重要的现实意义。采用单片机来控制步进电机，实现了软件与硬件相结合的控制方法。用环形分配器代替软件控制，达到了对步进电机的最佳控制。系统中采用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。由于单片机的强大功能，还可设
8、计大量的外围电路，键盘作为一个外部中断源，设置了步进电机正转、反转、档次、停止等功能，采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序，完成对步进电机的最佳控制，显示器及时显示正转、反转速度等状态。本方案有以下优点：(1)单片机软件编程可以使复杂的控制过程实现自动控制和精确控制，避免了失步、振荡等对控制精度的影响；(2)使用环形分配器 ppm8713 代替软件分配，减少了对单片机 cpu 资源的占用，提高了运行速度；(3)单片机的强大功能使显示电路、键盘电路、复位电路等外围电路有机的组合，大大提高系统的交互性。毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告参考文献：1 胡乾斌，李光
9、斌，李玲等单片微型计算机原理与应用M武汉：华中科技大学出版社，20042 王炳实机床电气控制M第3版北京：机械工业出版社,20043 顾绳谷主编.电机及拖动基础（上、下册）M. 北京：机械工业出版社，1980.4 黄勇,廖宇,高林. 基于单片机的步进电机运动控制系统设计J.电子测量技术, 2008,(05) .5 王永华 现代电气及可编控制技术M 北京： 航空航天大学出版社,20026 丁伟雄,杨定安,宋晓光. 步进电机的控制原理及其单片机控制实现J. 煤矿机械, 2005,(06) .7 冯冬青,谢宋和模糊智能控制M北京：化工工业出版社,19988 陈伯时电力拖动自动控制系统M北京：机械工业
10、出版社，20009 魏衍波,王桂莲,魏天路. 单片机的步进电机控制系统研究J. 防爆电机, 2005,(04) .10陈伯时电力拖动自动控制系统M北京：机械工业出版社，200011王德安,常春玲. 基于单片机的步进电机控制J. 自动化与仪表, 2005,(03) .12邓星钟，周祖德，邓坚机电传动控制（第二版）M武汉：华中理工大学出版社，1998毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）一本课题要解决的问题一本课题要解决的问题1、通过键盘可设定步进电机转速；2、通过“启动/暂停”键控制电机启停；3、通过“正向”和“反向”按
11、键改变电机的转向；4、通过位置检测光耦和光码盘控制步进电机某一位置停转。二本课题拟采用的研究手段（途径）二本课题拟采用的研究手段（途径）1、设计手段（途径）设计手段（途径）1、收集、整理相关本毕业设计的资料，熟练掌握单片机以及本设计相关的各类芯片的引脚、电器元件的功能，做出设计方案，对各种方案进行比较，选出最优方案，做好设计准备。2、利用 protel 2004 绘制各模块电路图以及系统整体电路图，理解电路原理，掌握工作过程。3、编写本设计的 C 语言程序，并用模拟软件进行仿真运行，遇到问题时反复修改直到调试出最终的正确结果。2 2、设计思路、设计思路系统电路由电源电路、复位电路、位置检测电路
12、、晶振、步进电机、按键电路、驱动电路、单片机、显示电路等组成。由 AT89C51 单片机送出时钟脉冲和方向电平到环形分配器 PPM8713，PPM8713 是专用的步进电机的步进脉冲产生芯片,它适用于三相和四相步进电机。环形分配器输出三相脉冲信号经一级光电隔离器与步进电机工作强电隔离，提高了系统抗干扰能力。使用功率放大器来提供步进电机的工作电流,将光电隔离器传送的弱电信号变为强电信号送往步进电机，步进电机能够正常运行。用按键设定步进电机的启停、转速、转向,改变转速、转向都可以在动态运行中进行，转速数值及转向都在 LED 数码管中动态显示。单片机利用外部中断来检测光耦中断口和键盘/显示器接口芯片
13、 8279 中断口。系统框图如下。毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告AT89C5 14 位八 段 LED 数码管4x4 按键电源 1电源 2光耦位置检测键盘/ 数码 管驱 动芯 片 8279环形 分配 器 PPM 8713信号 隔离 与功 率放 大步进 电机复位电路毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）开文）开 题题 报报 告告指导教师意见指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导教师： 年月日所在专业审查意见：负责人： 年月日袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿
14、螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇
15、螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆
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