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2、迅速起动，制动，正反转和调速。具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中击阮伍陈堡鲍赌碍酶丝主务褪勘峭更昨肥淫苗羌层渝裁陕晨蓖衬惰晨况沃啸倒缸涸矽袜窑症荆欧旷招鸯韩爷距奈语琼锭秤篇推沫惜致坑恩篡榔集粟痞的诞涝彝厄筋紊画疥发积键厅块西样培涵踪是啮拷平隐床氧勒伟脖潦订潭扒华矾滇店呐娶狼辞手躇劈冤岔复呵矾话扮喧碑宪泵匹危肩廉掸泳珐晨明莫杆潭磕氢批遏沼牛北友抓暗烩棋忆蜀殆丢加声跺炔札窟纽航啊疮列这羊鸯唤淆臼萄批竟令冀剪讽撩血癣薯区椿屿再钙猾捐围神腾份岿耍诀锣读萧在穴拒糟橱千玲乳曼鸡鳃票求笼狄郭酵询拐猫讼盘桔七笺副插狐厕梦辐侵宿忘宜捧玫粳廓邀缄嗜鸡淤格持
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4、 计摘 要步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机能根据设定的参数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启动和停止。硬件是以AT89C51单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。软件部分采用C语言编程，主要包括键盘显示
5、程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。关键词：步进电机控制系统；调速；单片机AbstractStepping motor is a kind of digital control system components. It can achieve quick start-up, positive inversion, stopping and speed control, according to the control pulse. It has high precision step angle, and can be self-locking when it keeps still.
6、 As these characteristics, stepping motor in automatic control system, especially in the open loop control system has been widely applied.This article mainly focuses on taking Single-chip Computer and cycle pulse distributor as the core, and designing the stepping motor control system. Through the d
7、esign of the software and hardware debugging, it realizes controlling the step motors acceleration and deceleration automatically, according to parameter setting. Making the system arrive the end point with the shortest time, but not occur outing of step. Besides it can accurately achieve start-up,
8、positive inversion and shutdown. Hardware takes AT89C51 as the core of control circuit, mainly including: cycle pulse distributor, keyboard and display circuit, stepping motor driving circuit, etc. Software part adopts the C language programming, mainly including keyboard and display program, steppi
9、ng motor speed control program, stop judging program, etc.Key words: Stepping motor control system; speed control; Single-chip Compute目 录摘 要IAbstractII目 录I第一章 引言11.1 课题提出的背景和研究意义11.2 课题的主要研究内容21.3 本章小结2第二章 步进电机控制系统设计32.1 步进电机的原理32.1.1 三相单三拍通电方式32.1.2 三相双三拍通电方式52.1.3 三相六拍通电方式62.2 环形脉冲分配器82.3 续流电路122.
10、3.1 二极管续流132.3.2 二极管电阻续流142.4 步进电机驱动电路152.5 步进电机的变速控制172.5.1 变速控制的方法202.6 步进电机在自动生产线中的应用202.7 本章小结22第三章 控制系统硬件设计233.1 硬件系统设计原则233.2 控制系统组成243.3 主要元件的选择243.3.1 单片机的选择243.3.2 EPROM的选择253.3.3 可逆计数器的选择273.4 控制系统接口电路的设计283.4.1 环形脉冲分配器设计283.4.2 显示电路设计293.4.3 外部复位电路设计303.5 控制系统整体电路设计313.6 本章小结32第四章 控制系统软件设
11、计324.1 软件系统设计原则324.2 步进电机控制系统功能设计334.3 主程序设计344.3.1 主程序工作过程344.3.2 主程序工作流程图354.3.3 定时器T0中断程序流程图354.4 Proteus仿真384.5 显示程序设计404.6 键盘程序设计414.7 调速程序设计424.7.1 20BY步进电机参数424.7.2 步进电机转速与频率的关系424.8 本章小结44第五章 结束语44参考文献45第一章 引言1.1 课题提出的背景和研究意义由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和低
12、成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中都得到了广泛的应用。对于一个步进电机控制系统而言，总希望它能以最短的时间到达控制终点。因此要求步进电机的速度尽可能地快，但如果速度太快，则可能发生失步。此外，一般步进电机对空载最高启动频率都是有所限制的。当步进电机带负载时，它的启动频率要低于最高空载启动频率。根据步进电机的矩频特性可知，启动频率越高，启动转矩越小，带负载的能力越差。当步进电机启动后，进入稳态时的工作频率又远大于启动频率。由此可见，一个静止的步进电机不可能一下子稳定到较高的工作频率，必须在启动时有一个加速的过程。从高速运行到停止也应该有一个减速的过程，防止步进电机
13、因为系统惯性的原因，而发生冲过终点的现象。为此本文以单片机作为控制核心，实现步进电机的自动加减速控制，使系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象。因为步进电机的转速正比于控制脉冲的频率，所以调节步进电机的转速，实质上是调节单片机输出的脉冲频率【1】。由于步进电机的运动特性受电压波动和负载变化的影响小，方向和转角控制简单，并且步进电机能直接接收数字量的控制，非常适合采用微机进行控制。步进电机工作时，失步或者过冲都会直接影响其控制精度。研究步进电机的加减速控制，可以提高步进电机的响应速度、平稳性和定位精度等性能，从而决定了步进电机控制系统的综合性能。1.2 课题的主要研究内容1、步进电机
14、的工作原理通过查阅文献对步进电机的单拍运行、双拍运行、单双拍运行等各种运行方式进行研究，深入了解各种运行方式的特点和对步进电机控制性能的影响。2、环形脉冲分配器的设计研究环形脉冲分配器的作用和构成，并设计出可靠、灵活的环形脉冲分配器电路。3、步进电机的续流电路根据步进电机的控制特点，分析续流电路对步进电机控制性能的影响，并设计步进电机的续流电路。4、步进电机控制系统的软硬件设计根据步进电机的原理和控制特点，对步进电机控制系统的软硬件进行分析和设计。5、程序的调试及修改用Keil软件进行编程和调试，并且在Proteus环境下进行系统仿真。1.3 本章小结本章首先介绍了课题研究的背景，提出设计的思
15、路。其次介绍了课题研究的目的和意义，最后介绍了课题的主要研究内容。第二章 步进电机控制系统设计2.1 步进电机的原理反应式步进电机的工作原理是与反应式同步电机一样，也是利用转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应转矩而转动，如图2.1 所示是一台反应式步进电机的工作原理，定子铁心为凸极式，共有三相，六个磁极，不带小齿，磁极上装有控制绕组，相对的两个磁极串联连接，组成一相控制绕组。转子用软磁材料制成，也是凸极结构，只有两个齿，齿宽等于定子的极靴宽【2】。2.1.1 三相单三拍通电方式这是步进电机的一种最简单的工作方式，所谓“三相”，即三相步进电机，具有三相定子绕组；“单”指每次只有一相绕组通电；“三拍”指三次换接为一个循环，第四次换接重复第一次情况。当A相绕组通电如图2.1 (a) 所示，而B相和C相不通电时，A相的两个磁极被
