单片机实现对步进电机的控制设计说明书.doc

引 言 步进电机是一种离散运动装置，它和现代数字控制技术有着紧密的本质的联系。它是一种将电脉冲转化为角位移或直线位移的执行机构，当步进电机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（又称之为步进角），为此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；同时可以通过脉冲频率来控制步进电机的转动速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机分三种：永磁式（PM）?，反应式（VR）和混合式（HB）。从以上所述可知，步进电机是可以用脉冲信号直接进行定位控制，由于其具有一定的精度，且控制线路简单，使用方便、可靠；因此它广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备（扫描仪、磁盘驱动器、打印机）、照相机（包括光学照相机与数码照相机），投影仪、数码摄像机、放像机（VCD、DVD等）、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器械、条码扫描仪以及各种可控机械工具等等。随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，步进电机的需求量与日俱增，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求应用。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用，同时对步进电机的运行性能也提出了更高的要求。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。?本文就采用当前流行的MCS-51（8051）单片机来对步进电机进行控制并对相关的问题进行了研究和讨论。 1.1 单片机的发展 1.1.1 单片机的历史及发展概况 根据单片机发展过程中各个阶段的特点，其发展历史大概可划分为以下四个阶段： 第一阶段（1974—1976）：单片机的初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形式，而且功能简单。 第二阶段（1976—1978）：低性能单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48系列单片机为代表 第三阶段（1978—1983）：高性能单片机阶段。这个阶段推出的单片机普遍带有串行I/O口，多级中断处理系统，16位定时器／计数器，片内ROM、RAM容量加大，且寻址范围可达64K字节，有的还内置有A/D转换器。这类单片机的代表是Intel公司的MCS-51系列，Motorola公司的6810和Zilog公司的Z8等。 第四阶段（1983—现在）：8位单片机的巩固发展以及16位单片机、32位单片机推出阶段。此阶段的主要特征是一方面发展16位单片机、32位单片机及专用型单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同用户的需要。16位单片机的典型产品如Intel公司生产的MCS-96系列单片机。而32位单片机除了具有更高的集成度外，其振荡频率已达20MHz或更高，这使32位单片机的数据处理速度比16位单片机快许多，性能同8位、16位单片机相比，具有更大的优越性。 据有关资料显示，自单片机诞生以来的近30年中，计算机厂家已投放市场的产品就有70多个系列，500多个品种。单片机的产品已占整个微机（包括一般的微处理器）产品的80%以上，其中8位单片机的产量又占整个单片机的产量的60%以上，因此可以看出，8位单片机在最近若干年里，在工业检测、控制应用的上将继续占有一定的市场份额。 1.1.2 单片机的特点及应用领域 1、单片机的特点： （1）小巧灵活、成本低、易于产品化。能组装成各种智能式测控设备及智能仪器仪表。 （2）可靠性好，应用范围广。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，抗1.2 单片机硬件系统设计原则及内容 1.2.1 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。系统的扩展和配置应遵循以下原则： 1）尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。 2）系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。 系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。 如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件