基于單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)設(shè)計

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1、摘要步進(jìn)電動機是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移（或線性位移）的電磁裝置，是一種特殊的電動機。步進(jìn)電動機由于精確性以及其良好的性能，其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非?？尚?，因此在打印機等辦公自動化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。本文介紹了以51系列單片機AT89C51為控制核心所設(shè)計的步進(jìn)電機的控制系統(tǒng)，用C語言編寫出電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止程序，通過單片機、電機的驅(qū)動芯片ULN2004以及相應(yīng)的按鍵實現(xiàn)以上功能，并且步進(jìn)電機的工作狀態(tài)要用相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示出來。本文內(nèi)容介紹了步進(jìn)電機以及單片機原理、該系

2、統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時對軟、硬件進(jìn)行了調(diào)試，同時介紹了調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題以及解決問題的方法。該設(shè)計具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強等特點，通過調(diào)試實現(xiàn)了上述功能。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機；AT89C51；控制目錄第一章緒論11.1課題研究的目的和意義11.2國內(nèi)外的研究概括21.3步進(jìn)電機的發(fā)展3第二章步進(jìn)電機和單片機簡介52.1步進(jìn)電機概述52.1.1步進(jìn)電機的概念52.1.2步進(jìn)電機工作原理82.1.3步進(jìn)電機的分類102.2步進(jìn)電機的驅(qū)動介紹102.3單片機的原理介紹112.3.1單片機的種類及主要組成112.3.2AT89C51

3、簡介13第三章系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計183.1系統(tǒng)原理圖183.2電源設(shè)計193.3按鍵設(shè)計203.4驅(qū)動設(shè)計213.5狀態(tài)指示設(shè)計223.6時鐘設(shè)計22第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計234.1系統(tǒng)主程序234.2按鍵程序設(shè)計244.3正、反轉(zhuǎn)程序設(shè)計244.4加、減程序設(shè)計26第五章系統(tǒng)的調(diào)試記錄285.1軟件調(diào)試記錄285.2硬件調(diào)試記錄28第六章總結(jié)306.1論文工作總結(jié)306.2對后續(xù)工作的展望30參考文獻(xiàn)31致謝33第一章緒論1.1課題研究的目的和意義步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號

4、，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進(jìn)角）?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的它最突出的優(yōu)點是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非?？尚?，因此在打印機等辦公自動化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動機的需求量與日俱增，研制步進(jìn)電機驅(qū)動器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。一般步進(jìn)電機分三種：

5、永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機的應(yīng)用最為廣泛。（可以刪除）1.2國內(nèi)外的研究概括步進(jìn)電機是國外發(fā)明的。中國在文化大革命中已經(jīng)生產(chǎn)和應(yīng)用，例如江蘇、浙江、北京、南京、四川都生產(chǎn)，而且都在各行業(yè)使用，驅(qū)動電路所有半導(dǎo)體

6、器件都是完全國產(chǎn)化的，當(dāng)時是全分立元器件構(gòu)成的邏輯運算電路，還有電容耦合輸入的計數(shù)器，觸發(fā)器，環(huán)形分配器。國外在大功率的工業(yè)設(shè)備驅(qū)動上，目前基本不使用大扭矩步進(jìn)電動機，因為從驅(qū)動電路的成本，效率，噪音，加速度，絕對速度，系統(tǒng)慣量與最大扭矩比來比較，比較不劃算，還是用直流電動機，加電動機編碼器整體技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高一些少數(shù)高級的應(yīng)用，就用空心轉(zhuǎn)杯電機，交流電機。國外在小功率的場合，還使用步進(jìn)電機，例如一些工業(yè)器材，工業(yè)生產(chǎn)裝備，打印機，復(fù)印件，速印機，銀行自動柜員機。國外用許多現(xiàn)代的手段將步進(jìn)電機排擠出驅(qū)動應(yīng)用，除了前面提到的旋轉(zhuǎn)編碼器，打

7、印機還使用光電編碼帶或感應(yīng)編碼帶配合直流電動機，實現(xiàn)閉環(huán)直線位移控制。國內(nèi)過去是用大力矩步進(jìn)電動機實現(xiàn)機床數(shù)控，有實力的公司現(xiàn)在也采用交流電動機驅(qū)動數(shù)控機床，在驅(qū)動設(shè)備的主要差距，是國外對交流電動機的控制理論與工程分析和應(yīng)用能力強，先進(jìn)的控制理論作為軟件，寫在控制器內(nèi)部?？偟膩碚f，步進(jìn)電機是一種簡易的開環(huán)控制，對運用者的要求低，不適合在大功率的場合使用。在衛(wèi)星、雷達(dá)等應(yīng)用場合，中國在文化大革命后期，就生產(chǎn)了力矩電機，就生產(chǎn)了環(huán)形力矩電機，在高品質(zhì)的控制場合，有時還不能使用步進(jìn)電機。步進(jìn)電機的細(xì)分控制，在改革開放初期，國內(nèi)就已經(jīng)基本掌握，

8、這與交流電動機的矢量控制相比，難度要低得多。1.3步進(jìn)電機的發(fā)展步進(jìn)電機最早在1920年由英國人開發(fā)，1950年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機上．步進(jìn)電動機的發(fā)展與計算機工業(yè)和數(shù)字控制技術(shù)密切相關(guān)，