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1、题 目：基于串口通信的步进电机调速系统设计I内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 基于串口通信的步进电机调速系统设计摘 要本设计方案中采用基于串口通信的AT89C51型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。在实验室和工业应用中，串口是计算机与外部串行设备之间的数据传输通道，由于串行通信方便易行，所以应用广泛。在VC+6.0的环境下，编写使用C语言，串口通信程序，由单片机控制的步进电动机的转速。当由单片机控制的步进电动机的转速的工作数据由串口传到计算机时，操作人员能够实时监控其工作状态，工作数据，根据情况，并能更改其工作参数。这样，
2、就使得控制步进电机的转速。而电机的转速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，所以步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。关键词：步进电机调速；单片机；串口通信；VC+The stepper motor speed control system based on serial communicationAbstractThe design of serial communication bas
3、ed on AT89C51 single-chip microcomputer-based timer to change the internal pulse frequency of CP in order to achieve the speed of stepper motor control with the positive realization of motor function.In the laboratory and industry field, the computer serial port and external serial device data trans
4、mission between the channels, as a result of user-friendly serial communication lines, so a wide range of applications.In VC + +6.0 environment, prepared using the C language, serial communication procedures by the single-chip microcomputer to control the speed of the stepper motor. When controlled
5、by the single-chip stepper motor speed the work of the serial data transmitted by the computer, the operator can work in real-time monitoring of its status, the work of data, depending on the circumstances and can change its operating parameters. This allows control of stepper motor speed. Depends o
6、n the speed of the electrical pulse frequency and pulse number, and not subject to the impact of changes in load, that is, to add an electrical pulse signal, a step motor is turned away from the angle, the stepper motor is a pulse on each rotation of a fixed point of view so that you can control the
7、 stepper motor through a pulse to pulse the next time interval to change the pulse frequency, the length of delay to a specific angle in order to change control of stepper motor speed, the stepper motor in order to achieve Speed.Keywords: Stepper motor; Singlechip; Serial communication; Visual C+目 录
8、摘 要IAbstractII目 录III第一章 概述11.1开发背景及发展趋势11.2功能要求及功能实现概述2第二章 系统结构的实现与步进电机的驱动32.1整体硬件结构32.2系统硬件电路设计32.2.1硬件的基本组成32.2.2电路图32.2.2.1晶振电路42.2.2.2光电隔离器52.2.2.3 MAX232的介绍62.2.3 PCB板的生成62.3步进电机的结构特点72.3.1反应式步进电机的结构72.3.2 反应式步进电机的工作原理82.3.3 反应式步进电机的步进方式92.3.4 步进电动机的主要性能指标102.3.5步进电动机的运行特性112.3.6步进电机的选型132.4步进电
9、机驱动电路142.4.1单电压驱动142.4.2 双电压驱动152.4.3 斩波驱动162.4.4 细分驱动172.4.5 集成电路驱动172.5 基于单片机的步进电机调速182.5.1 AT89C51单片机简介182.5.2步进电机调速222.5.2.1步进电机的正反转232.5.2.2步进电机的加减速25第三章 GUI设计263.1Visual C+263.2步进电机速度控制界面设计27第四章 通信模式314.1基本原理314.2单片机的串行通信314.2.1串口接收数据344.2.2通信协议36第五章 结束语37附录A39附录B40附录C41内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章
10、 概述1.1开发背景及发展趋势计算机串口编程在通信软件中有着十分广泛的应用，如电话，传真，视频控制等。一般情况下，涉及到远程通信，自动控制的行业，通常也会涉及到串口通信技术。工业控制领域经常涉及到串行通信问题。为了实现微机和单片机之间的数据交换，人们用各种不同方法实现串行通信，如DOS下采用C语言。但在Windows 环境下却存在一些困难和不足。在Windows操作系统已经占据统治地位的情况下开发Windows 环境下串行通信技术就显得日益重要。在Windows应用程序的开发中，我们常常需要面临与外围数据源设备通信的问题。计算机和单片机（如MCS-51）都具有串行通信口，可以设计相应的串口通信
11、程序，完成二者之间的数据通信任务。实际工作中利用串口完成通信任务的时候非常之多。本设计是在WINDOWS XP操作系统下，设计自己的通信协议，借助VC+6.0编程环境，使用C语言，实现串口通信，控制步进电机的调速系统。步进电机作为执行元件，是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。步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机经环形分配器、功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的
12、旋转磁场，使转子步进式的转动，随着脉冲频率的增高，转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关。步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。步进电机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面比传统的闭环控制直流伺服电动机有较好的性能。步进电机的控制精度随着发展在不断提高，而且在很多场合可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。近年来，随着微电子技术、电力电子技术和计算机技术的发展，数控系统的采用，促进了步进电动机的发展，使步进电动机在机械、电子、纺织、轻工、化工、石油、邮电、冶金、文教和卫生等行业，特别是在数控机床上
13、获得越来越广泛的应用，由于步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，被认为是理想的数控机床执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的
14、马达，也可以应用在工业器材，工业生产装备，复印件，速印机，银行自动柜员机和绘图仪中。1.2功能要求及功能实现概述设计适合的串口通信协议，用C语言编写程序，使得计算机能够定时从串口获得数据，按照自己的协议，并按照信息发送到各个Dialog。再由程序将数据正确的分配给每一个控件。当操作人员看见异常的数据，或希望更改工作参数时，可以通过程序把新的更改后的数据通过串口发送给单片机进行步进电机的调速。由功能要求分析出总体设计方案。整个系统可以分为三块：（1）界面设计；（2）基于单片机的硬件系统设计。（3）串口通信协议设计；第二章 系统结构的实现与步进电机的驱动2.1整体硬件结构步进电机的调速与驱动如图2
15、.1所示，主要包括脉冲信号发生、脉冲分配和功率驱动三大部分。 2.1步进电机的调速与驱动框图（1）脉冲信号发生部分 这是一个频率从几赫兹到几万赫兹连续可调的变频信号源，可用微机来产生，也可以用专门的硬件电路产生。脉冲信号发生部分能够精确输出脉冲数量和频率，因此能够准确地控制步进电机的转角和转速。（2）脉冲分配部分 步进电机的各相绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作。这种使电动机绕组的通电顺序按一定规律变化的部分就使脉冲分配部分。（3）功率驱动部分 经脉冲分配部分输出的信号，驱动功率很小，而步进电机绕组的激磁需要相当大的电流，所以还需进行功率放大才能驱动步进电机。另外，为了防止干扰，脉冲分配送出的脉冲还需要进行光电隔离。2.2系统硬件电路设计2.2.1硬件的基本组成该电路是由单片机AT89C51、MAX232、12M晶震、光电隔离器、74LS04、二极管、电容、电阻、电源等组成的。2.2.2电路图本电路主要是由以下的器件组成，如图2.2的框图：图2.2电路框图其中电路原理图（见附录A）2.2.2.1晶振电路时钟震荡器：AT89C51中有一个构成内部震荡器的高增益反向放大器，引脚XTAL1和XTAL
