毕业设计----基于AT89C51单片机的步进电机控制系统

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1、 本科生毕业设计说明书（毕业论文） 题 目：基于 AT89C51 单片机的步进 电机控制系统 学生姓名： 学 号： 专 业：自动化 班 级：自动化 06-3 班 指导教师： I 基于基于 AT89C51 单片机的步进电机控制系统单片机的步进电机控制系统 摘要摘要 步进电机是数字控制系统中的一种执行元件， 它能按照控制脉冲的要求， 迅速起动， 制动，正反转和调速。具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动 控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。 本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设 计调试，实现步进电机能根据设定的参数进行自动

2、加减速控制，使控制系统以最短的时 间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启 动和停止。硬件是以 AT89C51 单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、 键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。软件部分采用 C 语言编程，主要包括键盘显示 程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。 关键词关键词：步进电机控制系统；调速；单片机 II 目录目录 摘要 . I 第一章 引言 1 1.1 课题提出的背景和研究意义 1 1.2 课题的主要研究内容 2 1.3 本章小结 2 第二章 步进电机控制系统设计 3 2.1 步进电机的原理 3 2.1.1 三相单三拍通电

3、方式 3 2.1.2 三相双三拍通电方式 5 2.1.3 三相六拍通电方式 6 2.2 环形脉冲分配器 8 2.3 续流电路 12 2.3.1 二极管续流 13 2.3.2 二极管电阻续流 14 2.4 步进电机驱动电路 15 2.5 步进电机的变速控制 17 2.5.1 变速控制的方法 19 2.6 步进电机在自动生产线中的应用 20 2.7 本章小结 22 第三章 控制系统硬件设计 23 3.1 硬件系统设计原则 23 3.2 控制系统组成 23 3.3 主要元件的选择 24 3.3.1 单片机的选择 24 3.3.2 EPROM 的选择 25 3.3.3 可逆计数器的选择 27 3.4

4、控制系统接口电路的设计 27 3.4.1 环形脉冲分配器设计 27 III 3.4.2 显示电路设计 29 3.4.3 外部复位电路设计 30 3.5 控制系统整体电路设计 31 3.6 本章小结 31 第四章 控制系统软件设计 32 4.1 软件系统设计原则 32 4.2 步进电机控制系统功能设计 32 4.3 主程序设计 33 4.3.1 主程序工作过程 33 4.3.2 主程序工作流程图 34 4.3.3 定时器 T0 中断程序流程图 . 34 4.4 Proteus 仿真 37 4.5 显示程序设计 39 4.6 键盘程序设计 39 4.7 调速程序设计 41 4.7.1 20BY 步

5、进电机参数 41 4.7.2 步进电机转速与频率的关系 41 4.8 本章小结 42 第五章 结束语 43 参考文献 44 附录 46 附录 A 系统程序（C）. 46 附录 B 20BY 步进电机转速与定时器定时常数关系表 59 附录 C 控制系统电路图 . 62 致谢 63 1 第一章第一章 引言引言 1.1 课题提出的背景和研究意义课题提出的背景和研究意义 由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开 环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和 低成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中 都得到了广泛的应用。 对于一

6、个步进电机控制系统而言，总希望它能以最短的时间到达控制终 点。因此要求步进电机的速度尽可能地快，但如果速度太快，则可能发生失步。 此外，一般步进电机对空载最高启动频率都是有所限制的。当步进电机带负载 时，它的启动频率要低于最高空载启动频率。根据步进电机的矩频特性可知， 启动频率越高，启动转矩越小，带负载的能力越差。当步进电机启动后，进入 稳态时的工作频率又远大于启动频率。由此可见，一个静止的步进电机不可能 一下子稳定到较高的工作频率，必须在启动时有一个加速的过程。从高速运行 到停止也应该有一个减速的过程，防止步进电机因为系统惯性的原因，而发生 冲过终点的现象。为此本文以单片机作为控制核心，实现步进电机的自动加减 速控制，使系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象。因为步 进电机的转速正比于控制脉冲的频率，所以调节步进电机的转速，实质上是调 节单片机输出的脉冲频率 【1】。 由于步进电机的运动特性受电压波动和负载变化的影响小，方向和转角控 制简单， 并且步进电机能直接接收数字量的控制， 非常适合采用微机进行控制。 步进电机工作时，失步或者过冲都会直接影响其控制精度