基于单片机的步进电机控制_开题报告

湖北师范学院学士学位论文（设计）开题报告

学生姓名方健

所在

院系

机电与控制工程

学院

所在

班级

0801

指导

教师

万里光

学生学号2008118010141

专业

方向

电气工程及其自动

化

开题

时间

2011．12.1

导师

职称

讲师

论文

题目

基于单片机的步进电机控制系统设计

文献综述：

前言部分

在现代工业和经济生活中，随着工业自动化的发展，电机的应用也越来越广泛，日益成为我们日常生活中不可缺少的一部分，无论是交通工具，还是家用电器都离不开电机的运转。步进电机作为电机的一种，可以靠开路控制做精确的定位，在一些重要的领域有着普通电机不可替代的作用。普遍应用于电脑的外设及工业生产的自动化机具设备中，如NC车床、切割机，此外机器人的各个关节控制也大量的使用步进电机。

近些年来，由于步进电机的控制精度不断提高，越来越多有较高控制精度要求的系统也开始采用步进电机，步进电机的应用范围进一步扩大。对于小功率步进电机,一般采用单片机与专用步进电机驱动器联合工作的方式，单片机产生脉冲,控制停启、正反转，变速等,专用步进电机驱动器则进行脉冲环形分配及功率驱动，这种控制方式降低成本,缩小体积,简单方便,易于实现。

本论文的目的是设计出基于单片机的步进电机控制系统，包括系统硬件和软件的设计，程序的编写和调试以及实物的焊接。以单片机作为控制系统的核心，设计一个控制系统，通过单片机输出不同的脉冲信号，实现电机的不同运行。在实际中，能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并在LED显示器上显示步进电机转速或工作状态。通过介绍系统的软硬件构成及其特点，详细论述了怎样通过单片机控制其输出来控制步进电机的运转，并对应地在数码管上显示出来。还系统地介绍了步进电机的组成、工作原理和控制方法。同时也对单片机进行了简单的介绍。

单片微型计算机简称单片机，又称为微控制器（MCU），就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、输入输出（I/O）接口电路、中断、串行通信接口等主要计算机部件集成在一块芯片上，组成单片微型计算机。它的出现是计算机发展史上的

一个重要里程碑，它以体积小、功能全、性价比高等诸多优点而独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一。经过20多年的推广与发展，51系列单片机形成了以个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用，51单片机的发展又进入了以个新的阶段。许多专用功能芯片的内核集成了51单片机，与51系列单片机兼容的微控制器以IP核的方式不断地出现在FPGA的片上系统中。近年来，基于51单片机的嵌入式实时操作系统的出现与推广，表明了51系列单片机在今后的许多年中依然会活跃如故，而且在很长一段时间中将占据嵌入式系统产品的低端市场。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。

单片机有两种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的将程序存储器和数据存储器合用一个存储空间的结构，称为普林斯顿结构或称为冯诺依曼结构。另一种是将程序和数据存储器截然分开而分别寻址的结构，称为哈佛（Har-vard）结构。目前的单片机采用哈佛结构的较多。按数据总线的宽度，单片机分为4位、8位、16位以及32位等。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。您

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；同时您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。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件。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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

总结部分

将功能强大而应用简单的单片机与应用广泛而运行精确的步进电机结合起来，实行单片机对步进电机的有效控制具有很深远的意义，可以通过简单的程序进行复杂的操作，按照我们的要求控制电机的运行。在日常生活中，将两者结合设计的系统应用在有一定要求的实物中，不仅可以节约成本，而且功能完善，安全可靠。虽然步进电机的研究已经很成熟了，然而为了满足工业发展的需要，拥有不同功能的步进电机被不断地创造出来，这就决定了我们要熟练地对电机进行控制。

因此，本课题的研究具有十分重要的意义。