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1、武汉理工大学毕业设计（论文） 基于ARM7的步进电机控制系统设计与实现学院（系）： 信息工程学院 专业班级： 电子科学与技术0903班 学生姓名： 指导教师： 武汉理工大学毕业设计（论文）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日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障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理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
2、阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，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、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日本科生毕业设计（论文）任务书学生姓名： 工作单位： 信息工程学院 设计(论文)题目: 基于ARM7的步进电机控制系统设计与实现 设计（论文）主要内容：1. 学习和掌握步进电机的控制方法2. 学习和了解ARM7的基本工作原理3. 掌握Linux底层驱动程序编写和嵌入式编程方法并设计开发步进电机控制系统的应用4. 设计基于
3、ARM7的步进电机控制系统的硬件和软件要求完成的主要任务:1. 研究步进电机特点，提出新的控制步进电机的方案；2. 完成基于ARM7的步进电机控制系统的硬件设计和软件设计；3. 仿真和调试基于ARM7的步进电机控制系统；4 查阅相关文献15篇，其中外文文献不少于2篇，完成不少于2万（5000汉字）印刷符、且与选题相关的文献翻译工作；5. 根据毕业设计有关规范，按时完成所有有关文档，并完成不少于3张1-2#图纸的绘制工作；所有文档、论文、图纸一律用计算机打印，并遵守有关国标及规范，论文字数不少于1.5万字。必读参考资料：1Ali, Z.;Kshirsagar, R.V. Development
4、of a CPLD based novel open loop stepper motor controller for high performance using VHDL,Intelligent Engineering Systems (INES),14th International Conference on, Digital Object Identifier: 10.1109/INES.2010.5483826 Page(s): 307 - 312 .2Christoph Kuert,ete.New Method for Dynamic Modeling of Hybrid St
5、ePPing MotorsJ.Industry APPlications Conference,2002,37th IAS Annual Meeting.3李彬.基于应用程序的嵌入式Linux内核自动裁剪D.南京: 东南大学,2006指导教师签名： 系主任签名： 院长签名（章）武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）随着机床工业的发展，步进电机受到越来越广泛的应用。步进电机和普通电机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机可以在比较大的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，这是步进电机最突出的优点。现在比较常用的步进电机包括反
6、应式步进电机、永磁性步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。与反应式步进电机相比，混合式步进电机具有功耗低、输出频率大、动态特性好、运行平稳、噪声低、步距精度高等优点。混合式步进电机取代反应式步进电机是经济型数控系统的发展趋势。采用混合式步进电机，除停转期间消耗电能少外，还具有记忆功能，可以在停电时将转子锁定在特定的位置上。由于能够开环运行以及控制系统比较简单，因此这种电机在工业领域取得广泛应用。驱动电源是步进电机的重要组成部分。实际上步进电机本体与驱动器是密不可分的两部分，两者一起统称为“步进电机系统”或“步进电机单元”。其运行性能是电机和电路两者配合所反应出的综合效果。因此，对步进电机
7、驱动器的研究几乎是于步进电机本体的研究同步进行的。传统的步进电机控制方法采用单片机控制系统 ,但由于单片机的系统资源、运算速度和存储空间的限制,每个单片机控制的步进电机的数量较少,而有时往往需要很多步进电机ARM7凭借丰富的系统资源和更高的运算速度,更适于作为步进电机控制的微处理器,一个ARM7可以控制更多的步进电机。而嵌入式的Linux系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度,它在实时性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专业性等方面具有较为突出的优点。随着工业技术的发展和电机相关产业的进步，电机控制系统的要求在不断提高。现在的步进电机控制系统不仅要求精度高、稳定性好、分布性广，还
8、要对网络化控制的要求越来越高，电机的联网控制也是物联网新兴领域的一大研究热点。另外，经济型数控机床的普及及发展趋势，也要求电机具备更好的可靠性。通过课程设计，巩固和加深了对“微机原理与接口技术”课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握计算机接口应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。加深对计算机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。2、 基本内容和技术方案本次研究的主要任务是基于ARM7的步进电机控制系统设计与实现。以步进电机为控制对象，通过按键利用ARM7嵌入Linux系统对其进行启停、正反转、加减速等控制。 研究内容有：1、 设计步进电机
9、的控制方法；2、 掌握Linux底层驱动程序编写和嵌入式编程方法； 3、 设计基于ARM7的步进电机控制系统的硬件；2.1设计分析 步进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。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，电机则转过一个步距角。本次课程设计所设计的步进电机的控制系统可通过键盘设定转速和方向，并通过上位机显示转速。采用定时器定时中断的方式，只需要几条简单的指令就可以产生具有一定频率和数目的脉冲信号，而且在整个脉冲产生过程中，CPU 可用来处理其他工作，大大提高了系统的实时处理能力。2.2硬件分析控制系统由处理器、
10、步进电机驱动器、步进电机3部分组成，如图1所示。2.3软件设计程序的流程图如下：开始否等待中断模式标志置位是中断模式2中断模式1中断模式0设置步进电机为减速设置步进电机为顺时针设置步进电机为逆时针设置数码管显示模式设置数码管显示模式设置LCD1602显示设置数码管显示模式清除中断标志，等待中断模式标志置位3、进度安排第1-3周 明确设计任务，查阅相关中英文资料，撰写开题报告；第4-5周 在导师的协助下修改开题报告，通过开题报告答辩；第6-10周 根据开题报告的方案着手实施，对系统进行模拟测试；完成初步的设计方案，制作实物，并在制作的过程中不断修改并完善设计方案；第11-12周 对所做电机控制系
11、统进行调；第13-17周 进行论文撰写，指导教师修改论文，论文定稿打印，指导教师撰写评语；4、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日目录目录I摘 要IAbstractII1 绪论11.1课题研究的背景及目的、意义11.2国内外研究现状31.3本文的主要研究内容及组织结构41.3.1 主要研究内容41.3.2 组织结构42 步进电机控制系统简介52.1步进电机简介52.2步进电机的分类62.3四相反应式步进电机工作原理62.4步进电机控制系统72.5系统特点102.6系统功能103 系统硬件设计113.1 LPC2103简介113.2振荡电路153.3外围电路设计153.3.1驱动电路153.
12、2.2显示电路设计223.2.3中断按键电路243.4硬件总体实现284 系统软件设计294.1系统软件主流程294.2 系统初始化流程30 4.3 系统待机运行流程.315 系统的仿真与调试325.1 仿真调试平台简介325.2 平台使用步骤与方法335.3效果图展示386 总结与展望406.1总结406.2展望41参考文献43附录.44摘 要步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电元件，具有易于开环控制、无积累误差等优点，在众多领域获得了广泛的应用。但传统的步进电机控制方法采用单片机控制系统 ，由于单片机的系统资源、运算速度和存储空间的限制，使每个单片机控制的步进电机的数
13、量较少，而有时往往需要很多步进电机。本文利用ARM7控制步进电机，凭借ARM7丰富的系统资源和更高的运算速度,可以使用一个ARM7可以控制更多的步进电机，因此ARM7更适于作为步进电机控制的微处理器。本文完成的主要任务： 1. 介绍了步进电机工作原理及基于LPC2103步进电机控制系统， 2. 在硬件设计方面主要完成了基于LPC2103处理器的外围接口电路的设计，并详细阐述了LPC2103和键盘、LCD1602、串口中断、数码管等电路的设计原理及总体电路的实现， 3. 在软件设计方面主要完成了基于LPC2103步进电机控制系统的软件工作流程图的书写，4. 在系统的仿真与调试方面主要完成了基于Proteus ISIS软件仿真平台总体电路图的绘制与仿真，并使用ARM Developer Suite v1.2工具编写LCD1602、串口中断等功能模块的C语言代码及调试。采用ARM7的嵌入式控制系统可以大大简化系统的外围硬件电路结构和软件编程，提高了系统的抗干扰性能，缩短了步进电机控制器的设计周期。结构简单，控制精度高，具有广泛的应用前景。关键词：嵌入式系统 ARM7 步进电机Abst
