基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现【开题报告】

开题报告

电气工程及其自动化

基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现

一、课题研究意义及现状

步进电机是一种将数字脉冲信号转换成机械位移或者线位移的数模转换元件。它只有在专用的脉冲电源供电下进行，其转子的角位移量，与输入脉冲数成正比。尽管每走一步的步距角存在一定的误差，然而，连续旋转一周后，其累计误差为零。另外，步进电机动态响应快，控制性能好，使它和驱动控制器组成的开环数控系统，既有较高的控制精度，良好的控制，又能稳定可靠的工作，使之成为各种电机中的首选。

随着世界经济全球化的发展，国际上发达国家的一些大公司，将一些量大面广的劳动密集型的产品向劳动力比较低低廉的中国转移使得我国在该类电动机的研究及生产上，形成了一定的规模，在国际市场上已有很强的竞争力。本课题就是采用单片机和步进电机相结合的方式，设计一个硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高的控制系统。该系统运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制，如果需改变控制要求，只需改变软件就能适应新的环境，并且在本设计中利用动态扫描技术，把显示电路和键盘电路有机的结合起来，节约了单片机的端口，能做到一定的人机交换，而且为了抗干扰，提高可靠性，加入看门狗电路，在软件设计上加入去抖动，使系统更加的完善化，但是其中也存在不足，需要进一步研究。

通过对课题的研究，可使我进一步理解单片机强大的运算功能和可编程的特点，同时学会利用单片机进行设计电路，并且用改变软件方法来控制步进电机实现不同的运行状态，将使我在大学期间所学到的知识不但得到充分的利用，而且还扩充了步进电机这方面的知识，为以后在工作岗位上，从事相关工作打下良好基础。

二、课题研究的主要内容和预期目标

设计一套低成本、硬件系统较简单，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，可靠性高的步进电机控制系统。具体要求如下：

1.能使电机运行于三相双三拍和三相单双六拍的方式；

2.运行模式有单步、连续和预置步数三种；

3.可以预置转向或者在运行时改变转向；

4.预置步数运行模式时，步数设置范围为0～999步；

5.连续运行模式时速度256档可调（0～255）；

6.步进控制脉冲输出频率范围：20HZ～2KHZ或更宽；

7.用三位数码管显示速度档位或者步数，用两个LED分别指示电机转向和运行方式；

8.各种操作用按键来输入，操作方便；可靠性高。

三、课题研究的方法及措施

经过思考，系统采用并行控制方式，暂定用单片机（A T89C2051）的接口直接控制步进电机的各项驱动电路。然后采用键盘作为一个外部的中断源，设置步进电机的正转、反转、启动、停止、档位等功能，采用中断和检验相结合的方法来调用中断服务程序，以达到对步进电机的最佳控制，以及及时显示正转、反转速度等状态。为了提高了系统的抗干扰性，防止驱动电路的干扰通过电源线或其它电气上的途径串入控制电路，考虑在系统中增加光电隔离器；为了节省硬件的成本，考虑LED显示部分用BCD－锁存/七段译码进行译码和驱动；同时为了防止电路因死机带来的不便，考虑系统增加复位电路来确保系统的顺利工作。

综上所述，初步形成如下图所示的电路设计：

四、课题研究进度计划

毕业设计期限：自2010年10月18日至2011年4月17日。

2010年10月18日至2010年10月31日：分析任务，收集资料，系统总体方案设计。

2010年11月1日至2010年11月17日完成开题报告、文献综述、外文翻译。

2010年11月18日至2011年1月31日：设计与写论文，完成步进电机控制系统的全部硬件电路的具体设计（包括单片机系统模块电路），同时完成软件部分设计并进行系统调试。

2011年2月1日至2011年3月1日撰写设计报告与论文。

2011年3月2日至2011年3月31日：设计作品完善，论文修改，并上交作品。

2011年4月1日至2011年4月17日：准备答辩，完成答辩

五、参考文献

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