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1、word某某学院本科毕业论文设计题目基于单片机的步进电机控制系统设计学生xxx指导教师xxxx讲师年级2012级专业电气工程与其自动化二级学院xx学院某某学院机电学院2016年5月X重声明本人的毕业论文设计是在指导教师X伟亮的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规X和侵权的行为，本人愿意承当由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络承受公众的监视。特此X重声明。毕业论文设计作者签名： 年月日基于单片机的步进电机控制系统设计摘要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，因此在打印机等办公自动化设备以与各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微
2、电子和计算机技术的开展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以与数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器与步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,本钱低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。本设计是采用STC89C51单片机对步进电机的控制，通过I/O口输出的时序方波作为步
3、进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机。根据不同的需要我们可以有十个不同档位速度的选择，并可以实现正反转。为了更显人性化，我们加上了一个数码管显示，显示步进电机的运行状态。关键词：步进电机，单片机，正反转控制，电机驱动Stepping motor control system design based on MCUGuo ChenDirected byLIU Wei LiangABSTRACTStepper motordue to the use oftheposition of theopen-loop system is simple,cheap,and very pra
4、ctical,so it is usedwidely in many fieldsof printerand other office automation equipment and variouscontrol device.Withthe development of microelectronics and puter technology,the stepper motor demandgrow with each passing day,it is widely used in the printer,electric toys and otherconsumer products
5、and C machines,industrial robots,medical equipment and othermechanical and electricalproducts,whichare appliedinvarious fields of the national economy.Studies of the stepping motor control system,to improve the control precision and responsespeed,is of great significance toenergy savingetc.Stepper m
6、otor is apulse signal can beconverted intomechanicalangular displacement or line displacement ponents,stepper motor controlsystem is posed ofsteppingcontrollerposed ofa power amplifier,and stepping motor.Using single chip microputer control,using software instead ofthe abovestep controller,thecircui
7、t is simple,low cost,reliability is improved greatly.Software programmingflexibility toproduceoperation modeof different types ofstepper motorexcitationsequenceto control all kinds ofstepper motor.According to different needs,wecan have ten differentgearspeed selection,and the realization ofpositive
8、 inversion.In order tobe more humanized,weadded adigital display,displaythe operating state of the stepping motor.KEY WORDS：Stepping motorsingle-chip microputerpositive inversion controlmotor drive目 录摘要31. 绪论71.1 步进电机与其开展71.2 步进电机在我国的开展应用与前景71.3 设计研究内容82. 步进电机控制总系统设计92.1系统框架92.2主控芯片选择92.3步进电机的选择102.
9、4电机驱动的选择103. 系统硬件电路设计12123.2 步进电机系统123.3.1 步进电机的原理123.2.2 步进电机的特点133.2.3 步进电机的分类143.2.4 永磁步进电机的控制原理143.3 单片机系统153.3.1 单片机的引脚功能153.3.2 主要特性163.4 键盘控制电路183.5 数码管驱动显示电路193.6 步进电机驱动电路204. 控制系统软件分析与设计234.1 主程序流程图234.2 读按键子程序流程图244.3 按键处理子程序流程图244.4 电机控制中断程序流程图255. 系统的调试275.1 调试27结论28总结29参考文献30附录 A31附录 B3
10、2附录 C33致谢371. 绪论1.1 步进电机与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年后期晶体管的发明也逐渐应用在步
11、进电机上，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良，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、需要准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。1.2 步进电机在我国的开展应用与前景我国步进电机的研究与制造起始于本世界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
12、文化大革命中开始大量生产和应用步进电机，例如某某、某某、某某、某某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，由于步进电机准确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机与驱动器作为产品广泛利用。国外在大功率的
13、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
14、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，它涉与到机械、电机、电子与计算机等许多专业知识。1.3 设计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
15、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，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。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。本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用STC89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向与转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在数码管上。主要实现功能：1、5个按键控制整个电路，对应功能分别是：正转、反转、复位、速度加、速度减；2、数码管显示电机运行速度的档数和正反转的指示；3、5个小红灯，一个
