毕业设计（论文）-基于单片机的步进电机控制系统.doc

毕业论文(设计)
题目基于单片机的步进电机控制系统
指导教师
学号 201021703015
专业机械设计制造及自动化
学生姓名
教学单位德州学院机电工程系
二0一二年三月三十日
德州学院毕业论文(设计)开题报告书
2011年 12 月 21 日
院(系)
机电工程系
专业
机械设计制造及其自动化
姓名
学号
论文(设计)题目
基于单片机的步进电机控制系统
一、选题目的和意义
步进电动机是用电脉冲信号进行控制,将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机,它可以在宽广的频率范围内通过单片机编程改变脉冲频率来实现调速,快速起停、正反转控制及制动的功能,并且由单片机控制的步进电机系统具有结构简单、可靠性高、实用性强、性价比高等特点,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。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。
二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势
步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用,例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产,而且都在各行业使用,驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的,当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路,还有电容耦合输入的计数器,触发器,环形分配器。
国外在大功率的工业设备驱动上,目前基本不使用大扭矩步进电动机,因为从驱动电路的成本,效率,噪音,加速度,绝对速度,系统惯量与最大扭矩比来比较,比较不划算,还是用直流电动机,加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用,就用空心转杯电机,交流电机。
国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控,有实力的公司现在也采用
交流电动机驱动数控机床,在驱动设备的主要差距,是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强,先进的控制理论作为软件,写在控制器内部。
总的来说,步进电机是一种简易的开环控制,对运用者的要求低,不适合在大功率的场合使用。
三、课题设计方案[主要说明:研究(设计)的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。]
基于AT89C51单片机的步进电机控制及驱动电路,实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器,达到了对步进电机的最佳控制。系统中采用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。由于单片机的强大功能,还可设计大量的外围电路,键盘作为一个外部中断源,设置了步进电机正转、反转、档次、停止等功能,采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序,完成对步进电机的最佳控制,显示器及时显示正转、反转速度等状态。环形分配器其功能由单片机系统实现,采用软件编程的办法实现脉冲的分配。因此,此次设计采用单片机来实现对步进电机系统的控制。
基于单片机控制的步进电机系统具有以下优点:(1)单片机软件编程可以使复杂的控制过程实现自动控制和精确控制,避免了失步、振荡等对控制精度的影响;(2)用软件代替环形分配器,通过对单片机的设定,用同一种电路实现了多相步进电机的控制和驱动,大大提高了接口电路的灵活性和通用性;(3)单片机的强大功能使显示电路、键盘电路、复位电路等外围电路有机的组合,大大提高系统的交互性[6]。
本次设计所采用的控制方案的整个系统可分为:AT89C51单片机系统控制器、驱动电路、数码管显示、按键输入模块及电源电路五大部分,如图1所示。
电源电路
AT89C51
单片机系统控制器
步进电机
驱动芯片电路

按键输入
数码管显示
四、计划进度安排[主要说明:起止时间及分阶段的进度要求。]
毕业论文进度安排:
--- 完成开题报告并提交
---- 查询相关资料、进行课题研究,在已完成研究的基础上,撰写毕业论文初稿
---- 提交初稿和中期检查表
---- 根据指导教师的修改意见进行论文修改,并最终定稿。
---- 将打印的论文交指导教师,由指导教师写评语,并由评阅教师进行评阅,根据评阅教师意见,进一步修改论文,准备答辩。
---- 毕业论文答辩
五、主要参考文献(只列出最重要的5—6种)
[1]张家生,电机原理与拖动基础[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.
[2]何希才,姜余祥,电动机控制电路应用实例2005
[3]王晓明,,.
[4]于海生,微型计算机控制技术[M].北京:清华大学出版社,1999.
[5]刘保廷,步进电机及其驱动控制系统[M