基于单片机步进电机转动速度-角度的简单键盘控制设计..

北方民族大学论文题目:基于单片机步进电机控制系统院(部)名称:电气信息工程学院组长姓名:=专业:测控技术与仪器学号:20100259指导教师姓名:组员：论文提交时间:论文答辩时间:学位授予时间:北方民族大学教务处制摘要于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用C语言编写软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过I/O口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机。实践证明，基于单片机控制的步进电机比传统的步进控制器具有更好的性能更加简单、方便、可靠。本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执行器件———步进电机。关键词：速度控制角度控制LED发光二极管目录前言..................................................................................................................................................11.步进电机及其发展.............................................................................................................12.国内外步进电机技术发展概况...........................................................................................13.设计方案及思路...................................................................................................................2正文..................................................................................................................................................31.主要器件的选取...................................................................................................................31.1单片机的选取............................................................................................................31.2步进电机及驱动的选取............................................................................................41.3驱动芯片的选取........................................................................................................52.单片机的主要系统电路.......................................................................................................72.1时钟电路....................................................................................................................72.2复位电路....................................................................................................................73.软件设计...............................................................................................................................83.1软件流程图................................................................................................................83.2语言软件的选取........................................................................................................94.仿真.....................................................................................................................................95.元件清单.............................................................................................................................9结论................................................................................................................................................10致谢................................................................................................................................................10参考文献.........................................................................................................................................10附件................................................................................................................................................111.C语言程序部分:................................................................................................................112.仿真图如下.........................................................................................................................151前言1.步进电机及其发展步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。单片机控制的步进电机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、照相机，大型望远镜，子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。步进电机的原始模型起源于1830年至18601870年前后，这被认为最早的步进电机。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到20世纪60发展，各种实用性步进电机应运而生。步进电机往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。2.国内外步进电机技术发展概况我国步进电机的研究及制造起始于本世界50年代后期，从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。我国在文化大革命中开始大量生产和应用步进电机。例如江苏、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生产，而且都在各行业使用，其中的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。中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。70年代初期，步进电机的生产和研究都有所突破，除反映在驱动器设计方面的长足进步以外，对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高的水平。702年代中期至80年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。至80年代中期以来，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。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、系统惯量与最大扭矩比比较、比较不划算、还是用直流电动机、加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用、就用空心转杯电机、交流电机。国外在小功率的场合，还使用步进电机。例如一些工业器材、工业生产装备、打印机、复印件、速印机、银行自动柜员机。国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。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。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。3.设计方案及思路该设计采用51单片机扫描三乘三矩阵键盘控制四相步进电机的正反转，角度及速度。单片机实现对四相步进电机的手动和遥控控制。由单片机产生的脉冲信号经过脉冲分配后分解出对应的四相脉冲，分解出的四相脉冲经驱动电路功率放大后驱动步进电机的转动。转速的调节和状态的改变由按键进行选择。通过键盘扫描把选择的信息反馈给单片机，单片机根据反馈信息做出相应的判断并改变输出脉冲的频率或转动状态信号。电机转动的不同状态由LED指示灯显示。总开关打开相应指示灯亮，总开关关闭指示灯灭，如果电机工作，也会停止工作所有指示灯熄灭；反转对应指示灯亮，正转对应指示灯灭，默认正转；档位3分别是5.625度与45度切换，45度档位指示灯灭，5.625度指示灯亮。默认