基于单片机的电动机正反转控制设计

基于单片机的电动机正反转控制设计

学生：xxx（指导教师：xxx）

（xxxxxx电气信息工程学院）

摘要：基于单片机的基本理论，本文设计了一种步进电机控制系统。该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开关加减速控制，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：开关输入电路、液晶显示电路、步进电机的驱动电路等。软件部分采用C语言编程，主要包括液晶显示程序、步进电机的正反转即快慢程序等。通过仿真验证了本文设计系统的实用性能。

关键词：步进电机控制系统；调速；单片机

The design of motor control system based on SCM

Student：Zhou Tianhang（Supervisor：Liu Yunxia）

Electrical and Information Engineering Department of Huainan Normal University Abstract:The basic theory based on SCM. this paper designs a kind of stepping motor control system. The system goes through the design of software and hardware.

Realize the stepper motor can switch the acceleration and deceleration control

according to the given parameters which makes the control system in the shortest

time to finish and not out of step. At the same time, it can control the reversing the

stepper motor accurately, start and stop. The hardware control circuit AT89C51

microcontroller as the core mainly. Include: switch input circuit, LCD displaying

circuit, stepper motor drive circuit. The software is programmed by C language.

Include: LCD display program and the stepper motor speed program .The practical

performance of the design of the system is validated by simulation.

Key words: Stepping motor control system; speed control; Single-chip Computer

1 绪论

1.1 设计研究的目的和意义

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[1-3]。

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。研究步进电机的加减速控制，可以提高步进电机的响应速度、平稳性和定位精度等性能，从而决定了步进电机控制系统的综合性能。

1.2 步进电机的发展状况

步进电机的机理是电磁铁作用，其原始模型起源于1830年至1860年间。1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中。

20世纪60年代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生，而半导体技术的发展则推进了步进电机在众多领域的应用。

我国步进电机的研究及制造起始于本世纪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从而开发少量产品。70年代初期，步进电机的生产和研究有所突破。70年代中期至80年年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电机陆续被开发。自80年代中期以来，由于对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[4]。

1.3 论文的主要内容

1.3.1步进电机的工作原理

通过查阅文献对步进电机的各种运行方式进行研究，深入了解各种运行方式的特点和对步进电机控制性能的影响。

1.3.2步进电机控制的设计

考虑到电动机有各种转动方式与转速大小的控制，设计符合逻辑的开关控制方式。

1.3.3步进电机系统的硬件设计

该部分主要介绍控制步进电机系统各个部分所使用的各种硬件，并且相对所选用的硬件设计其相对应的数学逻辑关系。

1.3.4步进电机控制系统的软件设计

根据步进电机的原理和控制特点，对步进电机控制系统的软件进行分析和设计。

1.3.5程序的调试及修改

用Keil软件进行编程和调试，并且在Proteus环境下进行系统仿真。

本设计第一章介绍了系统的设计目的、意义及发展，第二章是系统的硬件设计，第三章是系统的软件设计，第四章是设计系统的仿真分析，第五章是结束语。

2 系统设计的相关理论

2.1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。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[5]。

2.2 液晶显示器的介绍

2.2.1 液晶显示器的概述

液晶显示器，或称LCD（Liquid Crystal Display），其本事是不发光的，是通过借助外界的光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。其分类方法有很多种如：按电光效应分类，按显示内容分类，按采光方式分类。