基于单片机的步进电机驱动设计(终稿).doc

课程设计论文

题目: 基于单片机的步进电机驱动设计
学院: 测试与光电工程学院
专业名称: 电子科学与技术
班级学号:
学生姓名:
指导教师:

2012年 12月
摘要
步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线性位移)的电磁装置,是一种特殊的电动机。步进电动机由于精确性以及其良好的性能,其组成的开环系统既简单、廉价,又非常可行,因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。本文介绍了以51系列单片机AT89C51为控制核心所设计的步进电机的控制系统,用C语言编写出电机的正转、反转、加速、减速、停止程序,通过单片机、电机的驱动芯片以及相应的按键实现以上功能,并且步进电机的工作状态要用相应的发光二极管显示出来。本文内容介绍了步进电机以及单片机原理、该系统的硬件电路、程序组成,同时对软、硬件进行了调试,同时介绍了调试过程中出现的问题以及解决问题的方法。该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点,通过调试实现了上述功能。
关键词:步进电机、AT89C51、控制系统

基于单片机的步进电机驱动设计
1 绪论 3
2 步进电机工作原理 3
换相顺序的控制 4
步进电机的换向控制 4
步进电机的速度控制 4
步进电机的起停控制 4
步进电机的加减速控制 5
步进电机的换向控制 6
3 步进电机系统软件设计 8
步进电动机控制程序 8
按键扫描子程序 10
加、减程序设计 11
4 步进电机系统硬件设计 13
单片机最小系统 13
步进电机驱动电路 15
显示电路 18
按键电路 19
5 系统调试 19
软件调试 19
硬件调试 20
6 总结 20
论文工作总结 20
对后续工作的展望 21
7 结束语 21
8 鸣谢 22
9 参考文献 22
附录--步进电机驱动程序 23
1 绪论
随着微电子和计算机技术的发展,步进电动机的需求量与日俱增,研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件,它广泛应用于工业机械的数字控制,为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优,根据控制系统功能要求及步进电机应用环境,确定了设计系统硬件和软件的功能划分,从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计,实现了四相步进电机的正反转,急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用,系统设计了两个外部中断,以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能,也即数控机床的刀架自动进给运动,随着单片机技术的不断发展,单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛,步进电机的应用得到很大的提高。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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)。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它最突出的优点是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、正反转控制及制动等,并且用其组成的开环系统既简单、廉价,又非常可行,因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。
2 步进电机工作原理
由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件,它不能直接接到交直流电源上,而必须使用专业设备----步进电机控制驱动器,典型步进电机控制系统如图1所示:控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号,它为环形分配器提供脉冲序列,环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后,经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端,以驱动步进电机的转动,环形分配器主要有两大类:一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能,通常称软环形分配器。另一类是用硬件构成的环形分配器,通常称硬环形分配器。功率放大器主要对环形分配器的较小输出信号进行放大,以达到驱动步进电机的目的,步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制两个方面。从结构上看,步进电机分为三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3种,其基本原理如下:
换相顺序的控制
通电换相这一过程称为脉冲分配。例如,三相步进电机在单三拍的工作方式下,其各相通电顺序为A→B→C→