《基于AT89C52单片机的反应式步进电动机控制系统》-毕业论文设计（学术).doc

引 言 步进电机在机电一体化的领域中有着广泛的应用，因此设计一款精度高，稳定性好的步进电机控制系统有非常重要的意义。步进电机是一种作为控制用的特种电机，它将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，步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。因此非常适合单片机控制。 单片机是现代电子技术、计算机技术的新兴领域，以单片机为代表的嵌入式系统的出现标志着现代电子系统时代的到来。采用嵌入式系统集成器件，将电子系统的设计从单纯的硬件设计变为智能化的硬、软件设计，从而使现代电子系统软硬结合，具有智能化、系统功能，具有柔韧性及激励-运行-响应等特点。 本论文系统地介绍了一种利用AT89C52单片机作为控制器，实现对反应式步进电动机简易控制的方案。该控制系统具有电路简单可靠，通用性强，成本低廉，灵活方便等特点，性能优于传统的步进电机控制器。文中系统介绍了各模块的工作原理、工作方式和特点，给出了硬件和软件部分的设计。由于学生水平有限，时间也相对比较紧凑，故文中难免有不妥甚至错误之处，恳请各位指导老师批评指正。 第1章 绪论 1.1 设计的提出依据和意义 电机因其结构简单、价格低廉、机械特性较好、运行维护方便等优点在国民经济各行业中获得了广泛的应用。我国的电机总装容量约占全部用电设备总容量的75%以上，而耗电量约占总发电量的70%以上。 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，在机电一体化的领域有着广泛的应用，因此设计一款精度高，稳定性好的步进电机控制系统有非常重要的意义。 1.2 计算机控制技术的发展 计算机控制技术的发展同计算机技术的发展有着紧密的联系，计算机每更新换代一次，计算机控制就前进一步，上一个新台阶。 从国际上的计算机控制技术发展来看，在进行计算机控制试验基础上，大体经历了集中式、分级式和分布式三个大阶段。 1965年以前，是计算机控制试验阶段。1952年，在化工生产中实现了计算机自动测量和数据处理，1954年开始用计算机构成开环控制系统。1957年在石油蒸馏过程控制中采用了计算机构成的闭环系统。1959年3月，世界上第一个规模较大的过程计算机控制系统在德克萨斯州的一个炼油厂正式投入运行，并取得成功。该系统的控制参数包括26个流量、72个温度、3个压力和3个成分。这一开创性的工作，唤起了人们对计算机控制的极大兴趣，使计算机厂家看到了新的市场，使工业界看到了新的自动化工具，使学术界发现了新的研究课题，因而有力地推动了计算机控制和计算机本身的进一步发展。由于当时的计算机是电子管计算机，计算机的性能价格比很低，而且体积大，可靠性差。1958年前后，计算机的平均故障间隔时间（MTBF）为50—100h，因此，当时计算机控制系统主要用来执行数据处理、操作指导和为模拟控制器提供最优设定值的监督控制等简单控制功能，而且实际应用的计算机控制系统为数非常少。 1965年到1969年是计算机控制进入集中控制的普及阶段。随着半导体技术的兴起，晶体管计算机取代了电子管计算机，计算机的可靠性和其他性能指标都有较大的提高，成本逐年下降，计算机在生产控制中的应用得到迅速的发展。1962年英国化学工业公司就成功地实现了一个DDC系统，其中数据采集量为244个，并控制129个阀门。由于DDC系统可以较好地发挥计算机控制的优势，所以DDC系统的实现无疑是计算机控制系统的一大进步。但这个阶段仍然主要是集中型的计算机控制系统，在高度集中的控制系统中，若计算机出现故障，将对整个装置和生产系统带来严重影响。虽然采用多机并用可以提高集中控制的可靠性，但会增加成本。 1970年以后进入大量推广分级控制的阶段。随着大规模集成电路（LLSI）技术的突破，微型计算机于1971年问世。微型计算机的出现使得计算机控制进入了一个崭新的发展阶段。由于微型计算机具有运算速度快、可靠性高、价格低廉和体积小等特点，因此，消除了长期阻碍计算机控制发展的计算机造价昂贵和可靠性低两大问题，并为计算机分散控制系统（DCS）的出现创造了条件。20世纪70年代中期出现的DCS成功地解决了传统集中控制系统整体可靠性低的问题，从而使计算机控制系统获得了大规模的推广应用。1975年世界上几个主要计算机和仪表公司，如美国的HoneyWell公司，日本的横河公司等几乎同时推出各自的DCS产品，并都得到广泛的工业应用。 20世纪90年代以后，随着现场总线控制技术的逐渐成熟、以太网技术的逐步普及、智能化与功能自治性的现场设备的广泛应用，使嵌入式控制器、智能现场测控仪表和传感器方便地接入现场总线和工业以太网络，直至与Internet相连，计算机控制系统步入了分布式网络化的控制阶段。单片机也被称为微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片