【毕业设计】步进电机正反转设计--单片机课程设计论文.doc

PAGE 单片机课程设计课题：步进电机正反转设计系 别： 电气与电子工程系专 业： 姓 名： 学 号指导老师： 一 设计目的1、增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解；2、掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、片内外存贮器、I/O口、A/D、D/A、串行口通讯等；3、了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现;4、了解步进电机控制的基本原理，能实现电机正反转驱动控制，掌握控制步进电机转动的编程方法。 二 设计要求1、具有速度和转向设定功能;2、设置开始、停止以及正反转健；3、转速以及转向有数码管显示(本设计使用的为LCD12864)。三 、总体设计步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的数字控制执行机构。它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。 步进电机具有控制简便、定位准确等特点。随着科学技术的发展,在许多领域将得到广泛的应用。鉴于传统的脉冲系统移植性不好,本文提出微机控制系统代替脉冲发生器和脉冲分配器,用软件的方法产生控制脉冲,通过软件编程可以任意设定步进电机的转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。以简化控制电路,降低生产成本,提高系统的运行效率和灵活性。步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，因此，当它转动一周后，没有累计误差，具有良好的跟随性。由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、 廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。步进电机的动态响应快，易于起停、正反转及变速。速度可在相当宽的范围内平滑 调节，低速下仍能保证获得大转矩。步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。 步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。　 步进电机是自动控制系统中常用的执行部件。步进电机的输入信号为脉冲电流,它能将输入的脉冲信号转换为阶跃型的角位移或直线位移,因而步进电机可看作是一个串行的数/模转换器。由于步进电机能够直接接受数字信号,而不需数/模转换,所以使用微机控制步进电机显得非常方便。步进电机有以下优点:(1)通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制;(2)位置误差不会积累;(3)与数组设备兼容,能够直接接收数字信号;(4)可以快速启停。步进电机的品种规格很多,按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式(也称反应式或变磁阻式)电机、混合式电机、永磁式电机和特种电机等四种主要型式。步进电机不需位移传感器就可精确定位,所以在精确定位系统中应用广泛。目前打字机、计算机外部设备、数控机床、传真机等设备中都使用了步进电机。随着电子计算机技术的发展,步进电机必将发挥它的控制方便、控制准确的特点,在工业控制等领域取得更为广泛的应用。本设计采用16 位单片机AT89C51对步进电机进行控制，通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过驱动芯片驱动步进电机；同时，用触发按键来对电机的状态进行控制，并用128X64LCD显示电机的状态及转速。因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。用软件控制单片机产生脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是两相的，所以只需要P0口的低四位P0.0-P0.3分别通过ULN2003A接到电机的五根电线上。可以通过调整输出脉冲的频率来调整电机的转速，通过改变输入脉冲的顺序来改变转动方向，P2口和P3口接128X64LCD，可以显示当前的电机转速和转向，设置复位键可使正在转动的电机停止转动，大概可分为如下图所示的几部分。p2.0~p2.7p2.0~p2.7AT89C51单片机p3.0~p3.5p0.0~p0.3p1.0~p1.4128X64LCD控制按键步进电机驱动部分外部晶振电路图1 系统方框图注：由于此设计程序较复杂，在此没有列出程序的框图，程序框图详见软件设计。四 、主要器件介绍及电路设计4.1、步进电机4.1.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，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“ HYPERLINK /view/1054115.htm \t _blank 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