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1、摘 要步进电机是一种纯粹的数字控制电机，是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。本文应用单片机AT89C51和电平转换器MAX232，步进电机驱动器，光电隔离器TPL521-1等，构建了步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。通过AT89C51和脉冲分配器PMM8713完成步进电机的各种运行控制方式，实现步进电机在3相6拍的工作方式下的正反转控制和加减速控制。整个系统采用模块化设计，结构简单，可靠，通过人机交互换接口可实现各功能设置，操作简单，易于掌握。该系统可应用于步进电机在机电一体化控制等大多数场合。步进电动机由于用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等
2、办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。实践证明，基于单片机控制的步进电机比传统的步进控制器具有更好的性能，更加简单、方便、可靠。本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执行器件步进电机。关键词: 步进电机；单片机；正反转控制；加减速控制Abstract The stepper motor is a pure digital control motors, electrical pulses into angular displacement or linear displacement of the open-loop control components. In
3、this paper, AT89C51 and level converter MAX232, stepper motor drives, optical isolator TPL521-1, etc., to build a stepper motor controller and driver as one of the stepper motor control system.AT89C51 and pulse distributor PMM8713 to complete a variety of operational control stepper motor, Reversibl
4、e control of the stepper motor 3-phase 6 shot works and deceleration control The entire system is modular in design, simple structure, reliable, and can be achieved through human-computer interaction to change the interface settings, simple to operate, easy to grasp. The system can be applied to the
5、 stepper motor in mechatronics control the majority of occasions Stepper motor due to its open-loop system consisting of both a simple, inexpensive, and very feasible, and therefore has a very wide range of applications in many areas of printers and other office automation equipment and a variety of
6、 control devices.Practice has proved that, based on the microprocessor controlled stepper motor has better performance than conventional stepper controller, more simple, convenient and reliable.The main object of study of this design is open-loop servo system is the most commonly used actuator - ste
7、pping motor.Keywords: stepper motor； microcontroller； positive control； acceleration and deceleration control目录摘 要IAbstractII1 绪论11.1步进电机及其开展11.2课题研究的目的和意义11.3 步进电机在我国的开展应用及前景21.4 本文研究内容32 步进电机的分类、结构、工作原理及特性42.1 步进电机的概念42.2 步进电机的特点42.3 步进电机的分类52.4 步进电机的结构及工作原理62.4.1 结构62.4.2 对齿和错齿72.4.3 工作原理72.4.4 工
8、作方式三相102.5 步进电机的常用术语103系统的硬件设计123.1系统的组成及其对应功能简述123.2单片机最小系统13单片机原理概述13单片机的应用系统133.2.3 AT89C51简介143.3串口通信模块183.4数码管显示电路设计19共阳数码管简介193.4.2 数码管显示电路203.5电机驱动模块设计22元件介绍223.5.2 步进电机驱动器系统电路原理273.6驱动电流检测模块设计28OP07芯片简介29ADC0804芯片简介30电流检测模块电路图323.7按键局部334系统的软件实现344.1系统软件主流程图344.2系统初始化流程图344.3 按键子程序35结论37致 谢3
9、8参考文献391 绪论1.1 步进电机及其开展步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最根本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。随着经济的开展，技术的进步和电子技术的开展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。1950年后期晶体管的创造也逐渐应用在步进电机上，
10、对于数字化的控制变得更为容易。到20世纪60年代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的开展，各种实用性步进电机应运而生。步进电机往后经过不断改进，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。图1.1 步进电机的外观图1.2课题研究的目的和意义步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实
11、现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的开展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。1.3 步进电机在我国的开展应用及前景我国步进电机的研究及制造起始于本世界50年代后期，从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。我国在文化大革命中开始大量生产和应用步进电机，例如江苏、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生产，而且都在各行业使用，其中的驱动电路所有半导体器件都是完全
12、国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。70年代初期，步进电机的生产和研究都有所突破，除反映在驱动器设计方面的长足进步以外，对反响式步进电机本体的设计研究开展到一个较高的水平。70年代中期至80年代中期为成品开展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。至80年代中期以来，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。国外在大功率的工业设备驱动上，目前根本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的本钱，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比拟，比拟不划算，还
13、是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。目前,生产步进电机的厂家确实不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大局部的厂家只一、二十人，连最根本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中
14、造成许多麻烦。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。1.4 本文研究内容本论文所选的步进电机是四相步进电机，采用的方法是利用单片机控制步进电机的驱动。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而到达准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制
15、电机转动的速度和加速度，从而到达调速的目的。本次毕业设计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机的速度的，并且通过数码管显示其转速的级别。另外通过单片机实现它的正反转，步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。2 步进电机的分类、结构、工作原理及特性2.1 步进电机的概念步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度及步进角。我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而到达准确定位的目的；同时我们也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而到达调速的目的。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，电机那么转过一个步距角。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、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的
