步进电机控制系统的设计【开题报告】

开题报告

电气工程及其自动化

步进电机控制系统的设计

一、课题研究意义及现状

步进电机又称为阶跃电动机或脉冲电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，由于其具有的显著特点，使得它在电机的大家族中扮演着很重要的角色。

步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，我国步进电机的研究及发展开始于上世纪50年代后期，最初主要是国家资助的高等院校和科研机构为研究一些装置开发的少量产品。70年代开始大量生产和应用步进电机，至今，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被广泛生产和应用。现应用于工业自动控制、组合机床、数控机床、机器人、计算机外围设备、大型望远镜、卫星天线定位系统等等。随着科技的发展、技术的进步和电子技术的更新，步进电机的应用领域变得更加的宽广，这样也对步进电机的运行性能提出了更加苛刻的要求。

虽然步进电机是一种数控元件，易于同数字电路接口。但是，一般数字电路的信号远远不足以驱动步进电机，必须有一个与之匹配的驱动电路来驱动步进电机，步进电机和步进电机驱动电路两者组成步进电机系统。随着电力电子技术、自动化控制技术以及计算机技术的发展，开始大量使用单片机、FPGA、CPLD、PLC等对步进电机进行控制和驱动，结果是缩短了驱动器的研发周期，明显提高了整机的性能和稳定性。

PSoC可编程片上系统比标准的固定功能的微控制器有明显的优势，采用一个微控制器，一个PSoC器件最多可集成100种外设功能，PSoC系统集成有MCU、FLASH及可编程模拟和数字模块，与上面提到的方案相比通过PSoC单片机控制步进电机，可以实现低成本，小体积，单芯片，高效率的开发，甚至可以在开发最后一刻根据突发状况而改变方案。

二、课题研究的主要内容和预期目标

该课题主要分一下内容进行设计：

（1）了解和研究步进电机的结构及其工作原理；

（2）研究实现常用步进电机控制的方案。

（3）Cypress Designer5.0的学习和软件的操作使用

（4）分析基于PSoC的步进电机控制的解决方案，确定系统设计中需要用到CY8C29466的内部结构、通用I/O数目、所需Flash及SRAM空间大小等参数；

（5）系统的整体硬件结构设计，包括芯片规划和外围电路设计；

（6）设计步进电机驱动模块电路、速度显示模块电路，并绘制原理图，制作PCB板；

（7）应用C语言编写系统应用程序，进行硬件电路的调试。

预期目标：

掌握赛普拉斯PSoC的内部结构、工作方式，制作出硬件实物，实现步进电机的精确正反转和角位移控制，充分利用PSoC单片机内部资源上的优势实现一套比传统单片机、CPLD等更加精简高效的步进电机控制驱动装置。

二、课题研究的方法及措施

本系统有两大部分组成：主电路和控制电路。如下图，其中主电路包含了步进电机及其驱动电路，控制电路包含了PSoC单片机、可以显示转速位移等的显示电路、控制电机各种功能的信号输入电路和检测电机工作状态的检测电路。

系统方框图如下：

单片机选择赛普拉斯的PSoC，PSoC单片机内部已经集成了相当丰富的资源，选好驱动电路所需的功率开关，设计好步进电机的驱动模块和检测电路，利用软件进行排版布线。然后制作出PCB板，编写程序进行硬件调试，通过外部的控制信号可以控制步进电机的正反转和角位移，这是一个闭环的控制电路，可以比较精确的对步进电机进行有效控制。

四、课题研究进度计划

毕业设计期限：2010年9月13日～2011年5月17日。

第一阶段（4周）：2010/2011第一学期7～10周，分析设计题目，收集资料，系统设计方案制定，完成开题报告、文献综述、外文翻译。

第二阶段（8周）：2010/2011第一学期11～18周，设计与写论文，系统模块软件程序设计，PCB版设计和制作，撰写设计报告与论文初稿。

第三阶段（4周）：2010/2011第二学期1～4周，设计作品系统调试和完善，论文修改。

第四阶段（2周）：2010/2011第二学期5～6周，最终确认设计方案，准备答辩工作。

五、参考文献

[1] 朱明程，李晓滨.PSoC原理与应用设计[M].北京：机械工业出版社，2008,3.

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