单片机课程设计--步进电机控制系统

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1、摘要 本文应用单片机、步进电机驱动芯片和键盘阵列，构建了步进电机控制器和驱动 器为一体的步进电机控制系统。 二维工作台作为被控对象通过步进电机驱动滚珠丝杆 在X/Y轴方向联动。在此期间还要用到Proteus软件进行程序的仿真和功能的理论 验证。并且阐述了步进电动机转速、角度、转矩的控制原理，并通过实验实现了对其 的控制。 文中讨论了一种以最少参数确定一条圆弧轨迹的插补方法和步进电机变频调 速的方法。步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法，可以有效地减少 系统开发的周期和成本。最后给出了步进电机控制系统的应用实例。 关键字: 步进电机控制系统；单片机；步进电动机；控制器 目录 摘 要

2、I 第 1 章 步进电机原理. 1 1.1 步进电机原理及控制技术 1 1.2 步进电机总体设计方案 2 第 2 章 设计原理与分析 . 4 2.1 步进电机的介绍 . 4 2.2 AT89C51 单片机简介. 5 第 3 章 电路设计 6 3.1 控制电路设计. 6 3.2 最小系统电路设计 . 6 3.3 驱动电路设计 7 第 4 章 程序设计 8 4.1 系统主程序设计. 8 4.2 中断程序设计 9 第 5 章 系统仿真 .10 5.1 绘制电路原理图 错误错误!未定义书签。未定义书签。 5.2 系统仿真 . 错误错误!未定义书签。未定义书签。 第 6 章 总结 . 错误错误!未定义书

3、签。未定义书签。 参考文献 14 致谢16 附录. 错误错误!未定义书签。未定义书签。 第章 步进电机原理 1.1 步进电机原理及控制技术 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信 号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数 成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高 精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋 转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定

4、子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。 因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁 场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式， 步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从 而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不 会长期积累。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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度 高，步进电动机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 反转控制等，这

5、是步进电动机最突出的优点。 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，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。比如在数控系统中就得到广泛的应用。目前世界 各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国已经能够自行 研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。虽然与发达国家相比，我 们我国的数控技术方面整体发展水平还比较低，但已经在我国占有非常重要的地位，并 起了很大的作用。除了在数控系统中得到广泛的应用，近年来由于微型计算机方面的快 速发展，使步进电机的控制发生了

6、革命性变革。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 研究也就显得尤为重要了。 为了得到良好的控制性能，对步进电机的控制的研究就一直没有停止过，许多重大 的技术得以实现。上世纪80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样。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，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。还比如为了适应 一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求，出现的步进电机细分驱动技术