基于單片機的步進電機驅動設計(終稿)

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1、課程設計論文題目：基于單片機的步進電機驅動設計學院：測試與光電工程學院專業(yè)名稱：電子科學與技術班級學號：09083110學生姓名：XXX指導教師：王慶2012年12月摘要步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應的角位移（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?？尚校虼嗽诖蛴C等辦公自動化設備以及各種控制裝置等眾多領域有著極其廣泛的應用。本文介紹了以51系列單片機AT89C51為控制核心所設計的步進電機的控制系統(tǒng)，用C語言編寫出電機的正轉、反轉、加速、減速、

2、停止程序，通過單片機、電機的驅動芯片以及相應的按鍵實現(xiàn)以上功能，并且步進電機的工作狀態(tài)要用相應的發(fā)光二極管顯示出來。本文內(nèi)容介紹了步進電機以及單片機原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時對軟、硬件進行了調試，同時介紹了調試過程中出現(xiàn)的問題以及解決問題的方法。該設計具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強等特點，通過調試實現(xiàn)了上述功能。關鍵詞：步進電機、AT89C51、控制系統(tǒng)基于單片機的步進電機驅動設計1緒論32步進電機工作原理32.1換相順序的控制42.2步進電機的換向控制42.3步進電機的速度控制42.4步進電機的起停控制42.5步進

3、電機的加減速控制52.6步進電機的換向控制63步進電機系統(tǒng)軟件設計83.1步進電動機控制程序83.2按鍵掃描子程序103.3加、減程序設計114步進電機系統(tǒng)硬件設計134.1單片機最小系統(tǒng)134.2步進電機驅動電路154.3顯示電路184.4按鍵電路195系統(tǒng)調試195.1軟件調試195.2硬件調試206總結206.1論文工作總結206.2對后續(xù)工作的展望217結束語218鳴謝229參考文獻22附錄--步進電機驅動程序231緒論隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電動機的需求量與日俱增，研制步進電機驅動器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意

4、義。步進電機是一種進行精確步進運動的機電執(zhí)行元件，它廣泛應用于工業(yè)機械的數(shù)字控制，為使系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護性以及性價比最優(yōu)，根據(jù)控制系統(tǒng)功能要求及步進電機應用環(huán)境，確定了設計系統(tǒng)硬件和軟件的功能劃分，從而實現(xiàn)了基于8051單片機的四相步進電機的開環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)通過單片機存儲器、I/O接口、中斷、鍵盤、LED顯示器的擴展、步進電機的環(huán)形分頻器、驅動及保護電路、人機接口電路、中斷系統(tǒng)及復位電路、單電壓驅動電路等的設計，實現(xiàn)了四相步進電機的正反轉，急停等功能。為實現(xiàn)單片機控制步進電機系統(tǒng)在數(shù)控機床上的應用，系統(tǒng)設計了兩個外

5、部中斷，以實現(xiàn)步進電機在某段時間內(nèi)的反復正反轉功能，也即數(shù)控機床的刀架自動進給運動，隨著單片機技術的不斷發(fā)展，單片機在日用電子產(chǎn)品中的應用越來越廣泛，步進電機的應用得到很大的提高。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調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)調速，快速起停、正反轉控

6、制及制動等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非常可行，因此在打印機等辦公自動化設備以及各種控制裝置等眾多領域有著極其廣泛的應用。2步進電機工作原理由于步進電機是一種將電脈沖信號轉換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專業(yè)設備----步進電機控制驅動器，典型步進電機控制系統(tǒng)如圖1所示：控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列，環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進電機驅動電源的各項輸入端，以驅動

7、步進電機的轉動，環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計算機軟件設計的方法實現(xiàn)環(huán)形分配器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器。另一類是用硬件構成的環(huán)形分配器，通常稱硬環(huán)形分配器。功率放大器主要對環(huán)形分配器的較小輸出信號進行放大，以達到驅動步進電機的目的，步進電機的基本控制包括轉向控制和速度控制兩個方面。從結構上看，步進電機分為三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍3種，其基本原理如下：2.1換相順序的控制通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如，三相步進電機在單三拍的工作方式下，其各相通電順序為A→B→C→A，通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A、

8、B、C相的通斷。三相雙三拍的通電順序為AB→BC→CA→AB，三相六拍的通電順序為A→AB→B→BC→C→CA→A。2.2步進電機的換向控制如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉。若步進電機的勵磁方式為三相六拍，即A→AB→B→BC→C→CA→