基于单片机的步进电机控制器 毕业设计论文

基于单片机的步进电机控制器毕业设计论文

目录

第1章绪论 (3)

1.1引言 (3)

1.2步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 (5)

1.2.1常见的步进电机控制方案 (5)

1.2.2步进电机驱动技术 (7)

1.3本文研究的内容 (9)

第2章步进电机概述 (10)

2.1步进电机的分类 (10)

2.2步进电机的工作原理 (11)

2.2.1结构及基本原理 (11)

2.2.2两相电机的步进顺序 (11)

2.3 步进电机的工作特点 (14)

2.4本章小结 (16)

第3章系统的硬件设计 (17)

3.1系统设计方案 (17)

3.1.1系统的方案简述与设计要求 (17)

3.1.2系统的组成及其对应功能简述 (17)

3.2单片机最小系统 (19)

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3.2.1AT89S51简介 (19)

3.2.2单片机最小系统设计 (24)

3.2.3单片机端口分配及功能 (25)

3.3串口通信模块 (25)

3.4数码管显示电路设计 (26)

3.4.1共阳数码管简介 (26)

3.4.2共阳数码管电路图 (27)

3.5电机驱动模块设计 (28)

3.5.1L298简介 (28)

3.5.2电机驱动电路设计 (29)

3.6驱动电流检测模块设计 (31)

3.6.1OP07芯片简介 (31)

3.6.2ADC0804芯片简介 (33)

3.6.3电流检测模块电路图 (36)

3.7独立按键电路设计 (37)

3.8本章小结 (37)

第4章系统的软件实现 (38)

4.1系统软件主流程图 (38)

4.2系统初始化流程图 (39)

4.3按键子程序 (40)

结论 (44)

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第1章绪论

1.1引言

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，这是步进电动机最突出的优点[1]。

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[2]。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

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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[3]。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，就包括振荡器、环行分配器控制的细分驱动、基于单片机斩波恒流驱动、基于单片机的直流电压驱动三种常见驱动方式，除上述三种步进电机的驱动方案之外，目前报道的驱动方案还有根据汇编语言或C语言进行软件开发，通过串行或并行通行的方式实现ｐｃ机与步进电机控制器之间的数据通信，最终实现由PC机直接控制步进电机的方法。

但是在有些应用场合，并不需要高精度的控制，而是需要在满足一般工作要求的情况下，尽量使控制系统做到：系统硬件结构简单，成本低；功能较为齐全；适应性强；电机各种运行状态指示一目了然，操作方便；系统抗干扰能力强，可靠性高等要求。本论文就是采用这个思路进行设计。一般步

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