单片机步进电机设计完整版毕业论文.doc

单片机原理及接口技术 课程设计 步进电机控制设计 姓 名： 学 号： 指导教师： 院系（部所）： 专 业： 完成日期： 20年月日 1 本课题的目的及研究内容、研究意义 1 2 步进电机原理及控制技术 2 2.1 步进电机原理 2 2.2 总体设计方框图 4 2.3设计原理分析 5 3 硬件设计 7 3.1控制电路 7 3.2 最小系统 8 3.3驱动电路 9 3.4显示电路 10 3.5总体电路图 10 4 软件设计 12 4.1语言选择 12 4.2软件总体设计 12 4.2.1主程序设计 12 4.2.2定时中断设计 13 4.2.3外部中断设计 14 总 结 16 参考文献 17 致谢 19 附 录 20 1本课题的目的及研究内容、研究意义 步进电机最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。目前，在数控生产等应用领域，有三分之二以上采用的是步进电机作为伺服控制系统的控制电机的。因此，如何改善步进电机的控制方法以提高定位系统的定位精度，成为提高系统性能的关键所在。 所以本项设计，通过AT89C51单片机及脉冲分配器(又称逻辑转换器) PMM 8713完成步进电机各种运行方式的控制。实现步进电机在三拍、六拍工作方式下的正反转控制、无级调速控制等功能，cpu运行速度大为加快，提高了系统响应速度，能达到提高系统定为精度，减少响应时间，减小整体体积的目的，使得步进电机在开环控制系统里就能实现精确地控制，对改进数控机床的加工精度有重大意义。整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过人机交互接口可实现各功能设置,操作简单,易于掌握。对于提高 工业精密定位技术，进行产品革新、扩大生产和提高良品率和国际经济竞争力有着重要的现实意义。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。用环形分配器代替软件控制，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、反转速度等状态。 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，避免了失步、振荡等对控制精度的影响；(2)使用环形分配器ppm8713代替软件分配，减少了对单片机cpu资源的占用，提高了运行速度；(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。 2步进电机原理及控制技术 2.1步进电机原理 由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备----步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图1所示：控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。另一类是用硬件构成的环形分配器，通常称硬环形分配器。功率放大器主要对环形分配器的较小输出信号进行放大，以达到驱动步进电机的目的，步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制两个方面。从结构上看，步进电机分为三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3种，其基本原理如下： 换相顺序的控制 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如，三相步进电机在单三拍的工作方式下，其各相通电顺序为A→B→C→A，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C相的通断。三相双三拍的通电顺序为AB→BC→CA→AB，三相六拍的通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A。 步进电机的换向控制 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转。若步进电机的励磁方式为三相六拍，即A→AB→B→BC→C→CA→A。如果按反序通电换相，即A→AC→C→CB→B→BA→A，则电机就反转。其他方式情况类似。 步进电机的速度控制 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调试。 步进电机的起停控制 步进电机由于其电气特性，运转时会有步进感。为了使电机转动平滑，减小振动，可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采