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1、 学号_ 密级_ 武汉大学本科毕业论文基于单片机的步进电机控制系统设计院（系）名 称：电子信息工程学院专 业 名 称 ：电子信息工程学 生 姓 名 ：指 导 教 师 ： 二一三年三月摘 要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，比如恒流斩波驱动技术，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;
2、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经渭分明，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，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 AT89C51单片机
3、恒流斩波AbstractSteeping motor is a kind of component using electric pulse signal to control winding elements to realize angular displacement. Comparing with other electric motor, it is easier to realize accurate control, no accumulated error and so on so forth. Thus, it is got extensive application. In
4、 order to gain excellent manipulative result, there appears a lot of stepping motor control system. Among them, the system using MUC as the core part of the control system is used widely. Many this kind of control systems have done absolutely good at the step motor drive, such as the technique of co
5、nstant current chopper. But some systems are a little bit complicated, which does not match with some comparatively simple control, causing some waste on investment. Some system is not easy to operate, weak in alternation. Furthermore, techniques in todays vocational teaching materials are entirely
6、different, leading to some kinds of chaos in the exercitation, not combining some techniques which should be. Consequently, this focuses on how to design a simple step motor control system, which has strong adaptability, easy to operate, high dependability, mixing electronic technique, MUC technique
7、 and motor control technique. This thesis will firstly introduce the development and application situation of stepping motor and some common control systems and drive techniques. Whats more, it will illustrate the working principle of step motor, then, using MUC as a main controller to put forward t
8、he whole system blue print of the hardware design. Based on this, all specific designs on electrical circuits in every module will be followed. Finally, illustrate the steps of how to develop the software of control system and programmed design.Key words: Stepping Motor, MUC, Constant Current Choppe
9、r目 录1.绪论.11.1 引言.11.2 步进电机的应用.31.3 步进电机的发展现状.31.3.1国内外常见步进电机控制系统.31.3.2步进电机驱动技术基本类型.52.基于单片机的步进电机控制系统的硬件设计.72.1 步进电机控制原理.72.1.1 步进电机的特点.72.1.2 步进电机的分类.72.1.3 反应式步进电机的工作原理82.1.4 步进电机的主要特性.102.2 基于单片机的步进电机控制系统总体设计.112.2.1 步进电机控制系统简介112.2.2 系统组成.132.3 步进电机驱动电路设计.142.4 步进电机控制系统设计.152.5 键盘电路设计.152.6 硬件总体
10、实现.163.基于单片机的步进电机控制系统的软件设计.173.1 总体设计.173.1.1 系统软件主流程.173.1.2 系统总体程序.183.2 关键模块设计.193.2.1 脉冲发生器设计.193.2.1.1 定时器T0中断（步进脉冲输出）模块流程.193.2.1.2 定时器T0中断（步进脉冲输出）模块子程序.203.2.2 正反转控制程序 .21结论.22参考文献.23致谢.24第一章 绪 论1.1 引言步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Stepping motor、Pu1se motor或 Stepper Servo，其应用发展己有约80年的历史。可以说步进电动机天生
11、就是一种离散运动的装置，是纯粹的数字控制电动机，步进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。正是由于步进电
12、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。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，我国己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，我国的数控技术方面整体发展水平还比较低，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。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
