浙江工业大学硕士学位论文基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现姓名：方爱平申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：张江鑫20081101浙江工业大学硕士学位论文基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现捅姜：步进电机是一种通过电脉冲信号控制相绕组电流实现定角转动的机电元件，与其他类型电机相比具有易于开环精确控制、无积累误差等优点，在众多领域中获得了广泛的应用为了得到性能优良的控制结果，出现了很多步进电机控制系统，其中采用单片机作为控制核心的控制系统得到了广泛的应用很多这种控制系统在步进电机的驱动上已经做的非常好，比如细分驱动技术，但是有的系统比较复杂，和一些相对比较简单的控制过程不相吻合，投入上也不经济；有的系统在操作上不是很方便，交互性不强而且，有感于目前的职业教育的专业教材各种技术太过泾渭分明，由此带来的实习也是比较零散，没有把一些在工程实践中应该结合在一起的技术有机结合起来，因此本文的研究内容就是设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，可靠性高的，能够有机地把电子技术、单片机技术、电机的控制技术结合起来步进电机控制系统本文首先简要描述了步进电机的发展、应用情况、以及常见的控制系统采用的方案，常见的驱动技术，而且还分析了步进电机的工作原理，然后以单片机为主控制器提出了整个系统的硬件设计方案，在此基础上对各个模块的电路进行详细的设计，接着阐述了步进电机软件控制开发的流程和程序设计。
关键词：步进电机单片机 动态扫描恒流斩波看门狗浙江，T业大学硕士学位论文Design and Realization of the St印ping Motor Contr01Abstract：System Based on SCMSt研'ping motor is a kind of component using electric pulse si印a1 to con仃01winding elemellts to realize柚gular displacement．Compa血g witll oⅡler electricmotor，it is eaLsier to realize accurate conn．01，no accl】mulated e盯or aIld s0 on so for山．Thus，it is got extensive application．IIl order to gain exceUent m撕pulative result，there印pear a lot of st印ping motor contml systeIns．Among mem，me system usingSCM as the core p硪ofthe comrol system is used widely．MaIly“s kind of con仃olsysterIls have done abs01utely good atⅡle step motor iLrive，such as me tecmque of吼lbdivision of drive．But some syStems are a little bit complicated，wllich does notmatch witll some comparatively simple control，causing some waste on investInent．Some systeln is not easy to operate，weak in alt锄ation．Fu】曲ennore，te c_mques intoday’s voca：tional teacKng materials are eIltirely di豫玎∞t，leading to some hnds ofcllaos in the exerdtation， not combiIling some tecⅢques which should be．Consequently，this thesis focuses on how to desi霉皿a simple step motor control sVst瞰l’which has conlplete劬ction，g昀ng adap切bili吼eaSy to operate，hi曲d印endabili吼mi)【ing elec仃()11ic tecllllique，SCM te曲面que and motor contllDl tedmique．T11is廿1eSiswill 6rstly ir巾_oduce tlle developmellt aIld application situation of st印ping motor a11dsome common Contr01 syst锄s a11d drive techniques：what’s more，it will illus仃ate thewor虹ng principle of st印motor，then，using SCM aS a main con仃oller to pm fonⅣardthe whole system blue print of the hardware desi鼬．BaSed on mis，a11 Specific desi距son electrical circuits in every module will be followed．Finallv’illus觚te the steps ofhow to develop the sofhⅣa1℃of control systern and pro霉，mnmed desi霉口．Key words： St印ping Motor，SCM，D)，Il锄ic Scall，Currellt Chopp％W缸ch DogIl浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。
除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人承担本声明的法律责任…氢劣甏辛醐渺M咖学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于1、保密口，在 年解密后适用本授权书2、不保密吖 ’(请在以上相应方框内打“、／”)作者躲习罨寺眺沙名I p月忱日刷帷轹勺弘但日％矿，J洲浙江工业大学硕士学位论文第一章绪论1．1 引言历史证明，一个国家的制造业水平在很大程度上可以体现国家的实力，国家的发展也在很大程度上依赖于先进的制造业，所以大多数国家都非常重视大力发展制造业，二战后，计算机控制技术、微电子技术、信息和自动化技术有了迅速的发展，并在制造业中得到了愈来愈广泛的应用，先后出现了数控(NC)、计算机数控(CNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)、计算机集成制造系统(CIMS)等多项先进制造技术与制造模式，推动着世界制造业进入一个崭新的阶段[1]。
而在这些技术环节中，具有很多优点的步进电机就是一个重要角色，比如在数控技术中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年的历史可以说步进电动机天生就是一种离散运动的装置，是纯粹的数字控制电动机，步迸电机驱动器通过外加控制脉冲，控制步进电动机各相绕组的导通或截止，从而使电动机产生步进运动就是说给一个电脉冲信号，电动机就转过一个角度或者前进一步，其输出转角、转速与输入脉冲的个数、频率有着严格的比例关系这些关系在负载能力范围内不随电源电压、负载大小、环境条件等的变化而变化在非超载的情况下，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[2]正是由于步进电机具有突出的优点，所以成了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，在各个国民经济领域都有应用【3】。
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其中华中数控系统解决了“五轴联动”，为“神州”系列飞船顺列升空立下了汗马功劳虽然与发达国家相比，我们我国的数控技术方面整体发展浙江工业人学硕+学位论文水平还比较低，但已经在我国占有非常重要的地位，并起了很大的作用我国数控系统在初期就是以单板机或单片机为数控核心，以步进电机为执行元件，由于其结构简单，价格便宜，只需一万元左右就可以装备一台经济型数控机床，很适合我国中小型企业使用采用步进电机作为伺服执行元件，不仅可以应用于经济型数控伺服系统，而且也可以辅以先进的检测和反馈元件，组成高精度全闭环数控系列，从而达到很高的加工精度[4]除了在数控系统中得到广泛的应用，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，数字控制系统，工具机控制，程序控制系统以及许多航天工业的系统中得到应用。
5】因而，对于步进电机控制的研究也就显得重要了为了得到良好的控制性能，对步进电机的控制的研究就一直没有停止过，许多重大的技术得以实现上世纪80年代以后，由于微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式变得更加灵活多样原来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还比如为了适应一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求，出现的步进电机细分驱动技术，就包括振荡器、环行分配器控制的细分驱动、基于单片机斩波恒流驱动、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或C语一言进行软件开发，在windows平台下利用VISualC++6．O提供的串行通信控件MSCo|nIn来实现PC机与步进电机控制器之间的数据通讯，最终实现由PC机直接控制步电机的方法；在windows平台下和单片机配合控制步进电机【6】：PLC控制的脉冲驱动方案等等。
但是在有些应用场合，并不需要高精度的控制，而是需要在满足一般工作要求的情况下，尽量使控制系统做到2浙江T业大学硕十学位论文·系统硬件结构简单，成本低；·功能较为齐全；·适应性强；·电机各种运行状态指示一目了然，操作方便；·系统抗干扰和可靠性高；本论文就是采用这个思路进行设计一般步进电机控制器都用硬件实现，虽然电路可以做到了高集成度，可价格较贵，功能相对较单一，并且设计要求有所改变，。