步进电机设计

黑龙江八一农垦大学课程报告2011年6月30日课程控制电机题目步进电机的设计院系信息技术学院专业班级电气工程及其自动化学生姓名孙国栋学生学号20084073308步进电机的设计I内容摘要步进电机是一种通过电脉冲信号控制相绕组电流实现定角转动的机电元件，与其他类型电机相比具有易于开环精确控制、无积累误差等优点，在众多领域中获得了广泛的应用。本文首先简单的介绍了步进电机的发展概况、特点及工作原理。包括步进电机的控制方式和驱动方式作了系统说明，给出了系统设计的总体方案，以及本系统的特点和功能。然后以AT89C2051单片机为主控制器，详细介绍了基于该单片机的步进电机的控制系统。在此基础上对外围电路：键盘电路、动态扫描LED显示电路及步进电机的恒流斩波驱动电路、看门狗电路等各个模块的电路进行详细的设计。接着阐述了步进电机软件控制的开发的流程和程序设计。同时给出了三相六拍步进电机的正反转、速度控制的程序清单。本文采用软硬件结合的方法，达到了对步进电机的最佳控制。关键词：步进电机；单片机；动态扫描；恒流斩波；步进电机的设计目录内容摘要..........................................................................................................................1引言..............................................................................................................................1第1章步进电机的概述................................................................................................31.1步进电机的特点...............................................................................................31.2步进电机的分类...............................................................................................31.3反应式步进电机的工作原理............................................................................5第2章步进电机的控制系统及硬件设计....................................................................72.1常见步进电机控制系统...................................................................................72.2步进电机驱动技术的基本类型.......................................................................72.3本系统的特点....................................................................................................82.4本系统功能........................................................................................................9第3章系统的硬件设计..............................................................................................103.1系统组成.........................................................................................................103.2系统核心AT89C2051......................................................................................103.2.1AT89C2051简介...................................................................................103.2.2系统端口分配......................................................................................123.3外围电路设计.................................................................................................123.3.1显示电路设计......................................................................................123.3.2键盘电路设计......................................................................................133.3.3看门狗复位电路..................................................................................143.4步进电机的驱动电路.....................................................................................153.4原器件清单.....................................................................................................16第4章系统软件设计..................................................................................................174.1系统软件主流程..............................................................................................174.2系统运行流程.................................................................................................184.3冗余指令..........................................................................................................184.4系统说明主要资源分配..................................................................................19步进电机的设计4.4.1软件说明..............................................................................................194.4.2系统主要资源分配和各标志位定义..................................................19结论............................................................................................................................21参考文献........................................................................................................................22附录............................................................................................................................23步进电机的设计1引言历史证明,一个国家的制造业水平在很大程度上可以体现国家的实力,国家的发展也在很大程度上依赖于先进的制造业,所以大多数国家都非常重视大力发展制造业,二战后,计算机控制技术、微电子技术、信息和自动化技术有了迅速的发展,并在制造业中得到了愈来愈广泛的应用,先后出现了数控(NC)、计算机数控(CNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)、计算机集成制造系统(CIMS)等多项先进制造技术与制造模式,推动着世界制造业进入一个崭新的阶段。而在这些技术环节中,具有很多优点的步进电机就是一个重要角色,比如在数控技术中。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，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。由于脉冲信号数与步距角的线性关系，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。这就是步进电机的优点。正是由于步进电机具有突出的优点,所以成了机电一体化的关键产品之一。优点明显的步进电机被广泛应用在电子计算机的许多外围设备中。例如：打印机、纸带输送机构、卡片阅读机、主动轮驱动机构和存储器存取机构等。步进电机也在军用仪器、通信和雷达设备、摄影系统、光电组合装置、阀门控制、数控机床、电子钟、医疗设备及自动绘图仪、数字控制系统、工具机控制、程序控制系统以及许多航天工业的系统中得到应用。因而，对于步进电机控制的研究也就显得重要了。上世纪年代以后，由于微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式变得更加灵活多。原来的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路，或者集成电路，不仅调试安装复杂还要消耗大量元器件。而且，一旦定型之后要改变控制方案就一定要重新设计电路，不利于系统的改进升级。基于微型单片机的控制系统则通过软件来控制步进电机，能够更好地发挥步进电机的潜力。因此，用微型单片机控制步进电机己经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求。步进电机的设计2但是在有些应用场合，并不需要高精度的控制，而是需要在满足一般工作要求的情况下，尽量使控制系统做到：1.系统硬件结构简单,成本低。2.功能较为齐全。3.适应性强。4.电机运行状态、速度指示一目了然、操作方便。5.系统抗干扰和可靠性高。本论文就是采用这个思路进行设计。采用单片机的软件和硬件结合进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制。实