基于单片机的步进电机控制器毕业论文
本科生毕业设计（论文）
（ 2012 届 ）
学 生 姓 名 彭霄 院 （系） 武汉理工大学独立本科段 专 业 机电一体化 学 号 014209213375 导师姓名、职称 潘纹（副教授） 设计（论文）题目 单片机步进电机控制器的设计
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基于单片机的步进电机控制器毕业论文 单片机步进电机控制器的设计
目 录
【摘 要】 ....................................................................................................................................... 4 1 绪论 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1 引言 ......................................................................................................................................... 5 1.2步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 .................................... 错误！未定义书签。 1.2.1常见的步进电机控制方案 ........................................................ 错误！未定义书签。
1.2.2 步进电机驱动技术 ...................................................................................................... 8 1.3 本文研究内容 ..................................................................................................................... 9 2 步进电机概述 ........................................................................................... 错误！未定义书签。 2.1步进电机的分类 ................................................................................. 错误！未定义书签。 2.2步进电机的工作原理 ........................................................................................................ 11
2.2.1结构及基本原理 ......................................................................................................... 11 2.2.2 步进电机绕组的电气特性 ........................................................ 错误！未定义书签。 3 系统的硬件设计 ....................................................................................................................... 14 3.1系统设计方案 .................................................................................................................... 14 3.1.1 系统的方案简述与设计要求
3.2组成部分 ............................................................................................................................ 14 3.2.1电源部分 ..................................................................................................................... 15 3.2.2按键部分 ..................................................................................................................... 17 3.2.3驱动部分 ..................................................................................................................... 17 3.2.4状态指示部分 ............................................................................................................. 18 3.2.5时钟部分 ..................................................................................................................... 19 4系统的软件实现 ........................................................................................................................ 20 4.1系统软件主流程图 ............................................................................................................ 20 4.2 系统初始化流程图 ........................................................................... 错误！未定义书签。 4.3按键子程序 ........................................................................................ 错误！未定义书签。 4.4查键部分 ............................................................................................................................ 24 4.5前进部分 ............................................................................................................................ 25 4.6后退部分 ............................................................................................................................ 26 4.7加速部分 ............................................................................................................................ 26
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基于单片机的步进电机控制器毕业论文 4.8减速部分 ............................................................................................................................ 27
5总结 ............................................................................................................................................ 28 致谢 ............................................................................................................................................... 28 参考文献 ....................................................................................................................................... 29 附录 ............................................................................................................... 错误！未定义书签。
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基于单片机的步进电机控制器毕业论文 摘要
本文应用单片机、步进电机驱动芯片、字符型LCD和键盘阵列，构建了集步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。二维工作台作为被控对象通过步进电机驱动滚珠丝杆在X/Y轴方向联动。文中讨论了一种以最少参数确定一条圆弧轨迹的插补方法和步进电机变频调速的方法。步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法，可以有效地减少系统开发的周期和成本。最后给出了步进电机控制系统的应用实例。
In this paper, microcontroller, stepper motor driver chips, character LCD and keypad array, build a set of stepper motor controller and driver as one of the stepping motor control system. Two-dimensional table as a charged object by stepper motor drive ball screw in X / Y axis linkage. This paper discusses a minimum of parameters to determine the trajectory of a circular interpolation
method and the method of frequency control stepper motor. Stepper motor control system has been developed using the software and hardware co-simulation
method, can effectively reduce the system development cycle and cost. Finally, the stepper motor control system application examples.
关键词: 步进电机控制系统，插补算法，变频调速，软硬件协同仿真
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基于单片机的步进电机控制器毕业论文 1 绪论
1.1 引言
步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、 Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。它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。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。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机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、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。
但是在有些应用场合，在满足一般工作要求的情况下，尽量使控制系统做到：系统硬件结构简单，成本低；功能较为齐全；适应性强；电机各种运行状态指示一目了然，操作方便；系统抗干扰能力强，可靠性高等要求。本论文就是采用这个思路进行设计。一般步进电机控制器都用硬件实现，虽然电路可以做到了高集成度，可价格较贵，功能相对较单一，并且设计要求有所改变，就得改变整个硬件电路，比较麻烦。而采用单片机的软件和硬件结合进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制，如果需改变控制要求，一般只需改变软件就能适应新的环境，并且在本设计中利用动态扫描技术，把显示电路和键盘电路有机的结合起来，能做到一定的人机交换，而且为了抗干扰，提高可靠性，具有一定的应用价值。
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