基于单片机的步进电机控制系统设计_毕业设计.doc

基于单片机的步进电机控制系统设计 摘要：步进电动机由于用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。 本文介绍的是一种基于单片机的步进电机的系统设计，用汇编语言编写出电机的正转、反转、加速、减速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2004以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用相应的发光二极管显示出来。本文内容介绍了步进电机以及单片机原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试，同时介绍了调试过程中出现的问题以及解决问题的方法。该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。 关键词：步进电机；脉宽调制；驱动机构；单片机；转动 目录 序言 1 第1章 绪论 2 1.1 课题研究的目的和意义 2 1.2 国内外研究概况 2 1.3 论文的主要研究内容 3 第 2 章 步进电机与单片机简介 4 2.1 步进电机介绍 4 2.1.1 步进电机概述 4 2.1.2 步进电机的工作原理 6 2.1.3 步进电机的分类与选择 8 2.2 步进电机驱动系统介绍 9 2.2.1 步进电机驱动系统简介 9 2.2.2 步进电机绕组的电气特性 10 2.3 单片机原理 11 2.3.1单片机原理概述 11 2.3.2单片机的应用系统 12 2.3.3 AT89C51简介 13 第 3 章 系统整体硬件结构 17 3.1 系统整图 17 3.2 电源部分 18 3.3 按键部分 18 3.4 驱动部分 19 3.5 状态指示部分 20 3.6 时钟部分 20 第 4 章 系统软件设计 21 4.1 系统开发软硬件环境 21 4.2 系统主程序 21 4.3 查键部分 22 4.4 前进部分 22 4.5 后退部分 23 4.6 加速部分 24 4.7 减速部分 25 第 5 章 系统的调试与检测 26 5.1程序编译时的错误与解决方法 26 5.2 LM7812输出电压错误与解决方法 26 5.3 步进电机转动错误及解决方法 26 5.4 结论与展望 27 参考文献 28 致 谢 29 附 录 29 附录1：源程序清单 30 附录2：解释 35 基于单片机的步进电机控制系统设计 序言 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。它是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。 本次毕业设计选用的步进电机是四相步进电机，通过软件和硬件的结合实现步进电机的启停、正转、反转、加速、减速功能，并且步进电机所处的状态用相应的发光二极管显示。主要通过三大块来设计，包括驱动电路的设计、状态显示部分和按键部分是设计。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而精确地控制转动角度；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的角度和加速度，从而达到调速的目的。 本次论文分为六章，序言简要介绍了此次设计中有关步进电机及其驱动器的相关概念。第1章是绪论，主要探讨了步进电机的研究背景和本论文的主要研究内容；第2章步进电机与单片机的原理；第3章系统整体硬件结构；第4章系统的软件设计；第5章系统的调试与检测；最后是参考文献、附录和致谢。通过七章内容的描述，详细介绍了本次毕业设计的内容、方法、以及设计中遇到的问题和解决问题的途径。 第1章 绪论 1.1 课题研究的目的和意义 步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。 1.2 国内外研究概况 步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。 国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统