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1、 编号: 毕业论文(设计)题 目基于单片机的步进电机控制系统的设计 指导教师 学生姓名 学 号 专 业 教学单位 （盖章） 二O一一年五月四日毕业论文（设计）开题报告书2011年2月20日院（系）机电工程系专 业自动化姓 名学 号论文（设计）题目基于单片机的步进电机控制系统的设计 一、选题目的和意义随着工业自动化的发展,步进电机的应用越来越广泛。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
2、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发展，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。二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势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，Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有80年的历史。正是由于步进电机具有突出的优点，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了广泛应用。目前世界各国都在大力发展数控
3、技术，我国的数控系统也取得了很大发展，我国已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”系列飞船顺利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。三、课题设计方案 主要说明：研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。 为了使系统硬件结构简单，成本低、功能齐全、适应性强、电机各种运行状态指示一目了然，操作方便、系统抗干扰和可靠性高，所以本课题采用单片机的软件和硬件结合进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵
4、活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制。采用单片机来控制步进电机，实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器，达到了对步进电机的最佳控制。系统中采用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。由于单片机的强大功能，还可设计大量的外围电路，键盘作为一个外部中断源，设置了步进电机正转、反转、档次、停止等功能，采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序，完成对步进电机的最佳控制，显示器及时显示正转、反转速度，环形分配器其功能由单片机系统实现，采用软件编程的方法实现脉冲的分配。本方案有以下优点（1）单片机软件编程可以使复杂的控制过程实现自动控制和精确控制，避免了
5、失步、振荡等控制精度的影响；（2）用软件代替环形分配器，通过对单片机的设定，用同一种电路实现了多相步进电机的控制和驱动，大大提高了接口电路的灵活性和通用性；（3）单片机的强大功能使显示电路、键盘电路、复位电路等外围电路有机的组合，大大提高系统的交互性。四、计划进度安排 主要说明：起止时间及分阶段的进度要求。（1）步进电机的概述。阐述步进电机的特点、分类和工作原理，为后面的硬件、软件设计提供必须的理论基础。（2011 2. 203. 3）（2）概述步进电机的控制系统，在框架结构上对整个系统进行介绍，而且重点阐述基于单片机的控制系统的一般框架，为自己的设计提供有力的支持，接着介绍本论文要设计的控制
6、系统的功能特点，及要实现的操作方式。（2011. 3. 43.15）（3）系统硬件设计。先提出框架，然后分别阐述单片机端口分配、外围电路、驱动电路的设计。（2011.3.163. 27）（4）系统软件设计。按照模块化的思想，主要阐述主流程、初始化流程及几种模式下的不同的控制流程。（2011.3. 284. 7）（5）进一步完善初稿。（2011.4. 84.10）五、主要参考文献1张友德.单片微型机原理、应用与实验M.上海:复旦大学出版社，2005.2李夙.异步电动机直接转矩控制M.北京:机械工业出版社,1998.3王鸿钰.步进电机控制入门M.上海:同济大学出版社,1990.4袁任光,张伟武.电
7、动机控制电路选用与258实例M.北京:机械工业出版社,2005.5王秀和.永磁电机M.北京: 中国电力出版社,2007.6房玉明,杭柏林.基于单片机的步进电机开环控制系统J.电机与控制应用，2006，33（4）：64-64.7孙笑辉,韩曾晋.减少感应电动机直接转矩控制系统转矩脉动的方法J.电气传动,2001，(1):8-11.8冯江华,陈高华,黄松涛.异步电动机的直接转矩控制J.电工技术学报,1999，(6):29-33.指导教师意见及建议：议： 签名： 年 月 日教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程系 专业： 自动化 2011年 4月
8、 1日毕业论文（设计）题目：基于单片机的步进电机控制系统的设计学生姓名学 号指导教师职 称副教授计划完成时间：2011年4月20日 毕业论文（设计）的进度计划：2011 2. 203. 3 步进电机的概述。阐述步进电机的特点、分类和工作原理，为后面的硬件、软件设计提供必须的理论基础。2011. 3. 43.15 概述步进电机的控制系统，在框架结构上对整个系统进行介绍，而且重点阐述基于单片机的控制系统的一般框架，为自己的设计提供有力的支持，接着介绍本论文要设计的控制系统的功能特点，及要实现的操作方式。2011.3.163. 27 系统硬件设计。先提出框架，然后分别阐述单片机端口分配、外围电路、驱
9、动电路的设计。2011.3. 284. 7系统软件设计。按照模块化的思想，主要阐述主流程、初始化流程及几种模式下的不同的控制流程。2011.4. 84.10进一步完善初稿。完成情况：到现在为止，我通过查找资料学到了很多指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页） 签 名： xxxx年x月x日备 注：目 录1 引言11.1 课题研究的目的和意义12步进电机与单片机简介22.1 步进电机介绍22.2 步进电机驱动系统介绍62.3 单片机原理83系统整体硬件结构133.1 系统整图133.2 电源部分143.3 按键部分153.4 驱动部分163.5 状态指示部分163.6 时钟部分174
10、系统软件设计184.1 系统主程序184.2 查键部分184.3 前进部分194.4 后退部分204.5 加速部分214.6 减速部分22参考文献23谢 辞24学院 机电工程系 xxxx届 自动化专业 毕业论文（设计）基于单片机的步进电机控制系统设计摘要：步进电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及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。本文介绍的是一种基于单片机的步进电机的系统设计，用汇编语言编写出电机的正转、反转、加速、减速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2004以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用相应的发光二极管
11、显示出来。本文内容介绍了步进电机以及单片机原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试，同时介绍了调试过程中出现的问题以及解决问题的方法。该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。关键词：步进电机；脉宽调制；驱动机构；单片机；转动1 引言1.1 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
12、泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，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。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。
13、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步进电机与单片机简介2.1 步进电机介绍2.1.1 步进电机概述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。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，电机则转过一个步距角。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得非常的简单。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。本次毕业设计采用的是步距角为1.8度的四相八拍永磁式步进电机。步进电机的基本参数： （一）步进电机的静态指标术语1、相数：产生不同对N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。2、拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n
