毕业设计（论文）-基于单片机步进电机驱动和转速测量系统.doc

基于单片机的步进电机驱动和转速测量系统


【摘要】本文介绍了基于89c51单片机的步进电机驱动的控制系统的设计和电机转速测量的系统,分别概述的介绍了单片机和步进电机以及步进电机的转速测量。并采用C语言编程,结果表明该方法具有简单、进度高、稳定性好的优点,介绍了该测速的基本原理、实现的步骤和软硬件设计。

【关键词】 89C51单片机;步进电机;驱动;转速测量

前言

目前国内外测量电机转速的方法很多,按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表,用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。技术测速法又可分为机械式定时计数法和电子式计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器,也采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等,还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号。其中应用最广的是光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点,加之激光光源、光栅、D器件、光导纤维等的相继出现和成功应用,使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点。
目录
摘要 4
关键词 4
前言 5
第一章绪论 7
简介 7
系统的总体结构 7
第二章步进电机的基本原理 8
步进电机的介绍 8
步进电机的分类 9
步进电机的基本原理和参数 9
步进电机的控制方式 10
步进电机的驱动方式 11
第三章转速测量系统的原理 16
转速测量原理 16
转速测量的方法 17
第四章系统硬件设计 23
89C51单片机的介绍 23
复位电路 23
时钟电路 24
显示电路 25
HD7279接口 27
键盘电路 29
第五章系统软件设计 30
主程序初始化 30
主程序流程图、程序流程图 32
总结 34
参考文献 35
致谢 36

第一章绪论
简介
步进电机是数字控制电机,将脉冲信号转换成角位移,电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,非超载状态下,根据上述线性关系,再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差,因此步进电机适用于单片机控制。步进电机通过输入脉冲信号进行控制,即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定,而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。因此,单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的驱动。
智能化转速测量可以对电机的转速进行测量,电机在运行的过程中,需要对其平稳性进行监测,适时对转速的测量有效地可以反映电机的状况。
当我们对步进电机的驱动和转速测量的转速、转动方向等进行控制使其在一定范围内运行从而满足在工程实践中的各种需求。
系统的总体结构
设计方案的主要模块:电源模块、单片机控制模块、步进电机模块、测量转速模块、运行按键模块、LED显示模块。。
电源模块

键盘控制模块
八位LED显示模块
AT 89C51

步进电机
测量转速

总体设计框图

第二章步进电机的基本原理
步进电机的介绍
步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例,相应的转速取决于输入脉冲频率。
步进电机是机电一体化产品中关键部件之一,通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中,
如:数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。
选择步进电机时,首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时,首先要计算机械系统的负载转矩,电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中,各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机,负载力矩大。
选择步进电机时,应使步距角和机械系统匹配,这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量,一是可以改变丝杆的导程,二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率,不改变其精度。精度是由电机的固有