毕业设计（论文）-单片机进给步进电机控制系统设计.doc

目录
摘要 3
引言 4
第一章步进电机的基本认识 5
一、步进电机的概念 5
二、步进电机的组成及工作原理 6
第二章进给步进电机控制系统 11
一、单片机概述 11
二、芯片的选择与简介 11
1、单片机的选择 11
2、AT89C51的简介 12
三、两坐标步进点机控制系统 17
1系统工作原理 17
2单片机硬件控制电路 18
3、与CNC的接口 19
5、步进电机 19
6 控制软件 20
7、程序清单 25
进给步进电机控制系统设计
设计目的:
通过对机床进给步进电动机的驱动与控制,了解机床数控系统中的运动要素和动力要素的关系。达到综合运用所学知识和技能分析和解决一般机电设备工程技术问题的初步能力。
设计要求:

;转速65~850r/min
、横向最大移动距离为1500mm

。
设计任务:
,画出电路原理图;
,编制程序,画出程序流程图,写出源程序代码;
,要求字迹工整,原理叙述正确,会计算主要元器件的一些参数,并选择元器件。
。
引言
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。 
     目前 , 生产步进电机的厂家的确不少,但具有专业技术人员,能够自行开发,研制的厂家却非常少,大部分的厂家只一、二十人,连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况,我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 
第一章步进电机的基本认识
一、步进电机的概念
步进电动机(stepping motor )是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的一种特殊电机,每输入一个电脉冲信号,电机就转动一个角度它的运动形式是步进式的,所以称为步进电动机。又由于它输入的是脉冲电流,所以也叫脉冲电动机。
步进电动机在不需要变换的情况下,能直接将数字脉冲信号转换成角位移或线位移,因此它很适合作为数字控制系统的伺服元件。此外,它还具有一系列的优点,一是输出角位移量或线位移量与其输入的脉冲数成正比,而转速或线速度与脉冲的频率成正比,在负载能力范围内,这些关系不受电压的大小负载的大小、环境条件等外界各种因素的干扰。二是它每转一周都有固定的步数,所以步进电动机在不失步的情况下运行,其步距误差不会长期积累。三是控制性能好,它可以在开环系统中在很宽的范围内通过改变脉冲的频率来调节电机的转速,并且能够快速启动、制动和反转。四是有些型式的步进电动机在停止供电的状态下还有定位转矩,有些型式在停机后某些相绕组仍保持通电状态,具有自锁能力,不需要机械制动装置等。当采用速度和位置检测装置后,它可构成闭环控制系统。
计算机技术、电力电子技术和微电子技术的发展,给步进电动机的应用开辟了广阔的前景,应用非常广泛。如数控机床、绘图机自动记录仪表、遥控装置和航空系统等等,都大量使用步进电动机。
步进电动机的主要缺点是效率较低,并且需要专用电源供给电脉冲信号,带负载惯量的能力不强,在运行中会出现共振和振荡问题。
步进电动机的种类很多,主要有反应式、永磁式和混合式。近年来又发展有直线步进电动机和平面步进电动机等。其中反应式步进电动机结构较简单应用比较普遍,而且其他类型步进电动机的基本原理与它基本相似,所以本章着重分析反应式步进电动机。
二、步进电机的组成及工作原理
步进电机种类很多,按运动方式分为旋转运动式、直线运动式和平面运动式三种,按结构与工作原理分为反应式、混合式、励磁式和特种电动四中种,励磁式又可分为供电励磁式和永磁两种;按定子数目可分为单定子式和多定子式步进电动机;按相数可分为单相、两相、三相及多相步进电动机。目前反应式步进电动机使用较多,具有一定的代表性,下面就对这种电动机做简要介绍。
图4-1 三相反应式步进电动机的结构
反应式步进电动机的结构
形式反应式步进电动机的结