单片机步进电机课设.docVIP

目录

TOC\o1-2\h\u34461简介 1

27761.1步进电机的介绍 1

28351.2步进电机的基本原理 1

292921.3步进电机的主要特性 2

206632硬件电路设计 3

213782.1控制电路 3

87182.2最小系统 3

250392.3驱动电路 4

204293软件设计 5

156224心得体会 8

19705附录 9

30808参考文献 13

1简介

1.1步进电机的介绍

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步进电机件。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“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速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，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。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。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。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

1.2步进电机的基本原理

（1）工作原理

通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

（2）发热原理

通常见到的各类电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。

1.3步进电机的主要特性

1、步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，

没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。

2、三相步进电机的步进角度为7.5度，一圈360度，需要48个脉冲完成。

3、步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。

2硬件电路设计

本设计的硬件电路包括了控制电路，最小系统，驱动电路，显示电路四大部分。最小系统主要是为了使单片机正常工作。控制电路主要由开关和按键组成，由操作者根据相应工作需要进行操作。显示电路主要是为显示电机的工作状态。驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。

89C52单片机

89C52

单片机

复位电路

键盘控制电路

状态显示电路

电源及时钟电路

ULN200A

启动电路

步进

电机

2.1控制电路

据系统控制要求，控制输入部分设置了启动控制，换向控制，换挡控制按钮，采用定时中断方式来控制步进机的转速，定时单位时长为1ms。把步进电机的速度设置在1、2、3、4这4个档位内，一挡速度最快，依次递减。要求能够控制步进电机的停、转和方向，并同时显示步进电机的当前档位。启动控制，换向控制按钮分别是kai、guan、zheng、fan。通过kai、guan、zheng、fan状态来实现电机启动和正反转功能。当kai、guan、zheng、fan的状态变化时，内部程序检测P0.4、P0.5、P0.6、P0.7口的状态来调用相应的启动和换向功能，实现系统的电机启动和正反转控制。

2.2最小系统

单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对52单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、