基于51单片机控制步进电机毕业设计论文

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1、基于51单片机控制步进电机毕业设计论文目录第一章绪论11.1课题背景11.2课题的目的和意义11.3课题的内容2第二章步进电机的结构与特点32.1步进电机的构造32.2步进电机的工作原理32.3步进电机的主要特征52.4步进电机绕组的电气特性62.5步进电机的选型8第三章设计原理分析93.1设计目的93.2设计要求93.3总体设计方框图93.4设计方案论证103.4.1系统控制方案103.4.2驱动模块方案选择123.4.3最终方案确定14第四章步进电机控制系统硬件设计154.1单片机最小系统154.2控制电路174.3驱动电路184.4显示电路19

2、4.5位移越界报警电路204.6状态指示灯显示电路21第五章步进电机控制系统软件设计22I5.1主程序设计225.2LCD显示程序设计245.3转速控制程序设计265.4程序设计275.5角度设定程序设计275.6位移设定程序设计29第六章仿真结果与分析336.1整体硬件设计图336.2测试336.3误差分析37第七章总结39参考文献40致谢42I南京工业大学本科毕业设计（论文）第一章绪论1.1课题背景步进电机作为控制执行器，广泛应用于各种控制领域[1]。当需要精确控制角度方位时，步进电机的使用将会很好解决实际问题。随着微电子技术和计算机技术的飞速发

3、展[2]，各行业对步进电机的需求日益增加，它已被普遍应用于各个经济领域。步进电机是在国外发明的。中国在文化大革命中就已经开始应用和生产，例如北京、浙江、江苏、四川都可以生产，而且在各行业开始逐步使用，目前驱动电路的半导体器件大多能做到完全国产。当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路[3]，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。当前，国外对步进电机的控制和驱动研究的一个重要的发展方向，是大量的研发专用芯片，结果就是让驱动器的体积变得相当小，与此同时还可以明显提高驱动系统的整体性能。对于一类相对典型的芯片，其核心是采用硬件和微程序，用来保证步进电机

4、能够实现合理的加速和减速过程。对于[4]像日本的ppmc101b这样的开环步进电机，能够具有一个适合实际情况的加减速过程，并且还可以使它的运行速度达到很高的水平，而不会导致过冲或失步。采用像这类专用集成电路可以驱动3～5相电路，其设定的转速范围、加减速的过渡时间及上升下降的陡度可根据负载选定，此外还有单步运转和不同的停止方式。1.2课题的目的和意义随着自动化控制技术的进一步应用和发展[5]，以及数字化、智能化技术的日益发展，步进电机将会在更加深入广泛的领域中得以应用。相应地，其控制系统也必定需要升级发展，特别是智能化技术应用方向的发展将会成为步进电机

5、的下一步发展趋势。之前的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路或者集成电路，它不仅增加了安装调试的复杂度，还会消耗大量的组件，而且一旦改变了控制方案，就必须重新去设计系统，包括电路的设计与测试、元器件的更换与调试，从而不利于系统的升级。基于单片机的控制系统[6]69南京工业大学本科毕业设计（论文），通过软件对步进电机进行控制，可以更好的发挥步进电机的潜力，能够用最低成本去优化系统，大大节约了系统升级的难度与成本。用微型单片机[7]控制步进电机己经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求，因此，设计出一套稳健的基于单片机的步进电机控制系统对于各

6、行业使用需求具有十分重要的意义。1.3课题的内容本论文所选的是四相步进电机，所用控制方法是由单片机CPU控制产生相序脉冲，再经过驱动电路形成对步进电机的驱动电流。步进电机的运行控制主要是通过外部的电脉冲的输入。当步进电机的驱动器接收到一个脉冲信号的时候，它会进行相应的电流信号分配以及功率放大，直到可以达到驱动步进电机的电流和电压[8]。这时步进电机的绕组开始具有电流，产生电磁力，拖动转子开始运动。步进电机的转子会根据一个固定的旋转角度来转动（称为“步距角”）。在驱动电路设计的过程中，通过对驱动电路设置保护线路[9]，反馈输出电流以达到过电流保护。由此

7、可见，步进电机的旋转是以固定的角度增量驱动运行的。根据这个工作原理，就可以通过产生脉冲的个数来控制步进电机的角偏移量，从而达到准确定位的目的。在此基础上，系统可设计出角度定位控制与位移定位控制等功能仿真系统来模拟步进电机的实际应用[10]。此外，电机的运行速度和旋转方向可以通过控制脉冲频率与相序来改变，从而达到调节速度、控制方向的目的。本课题的主要研究内容如下：1.分析步进电机的特点与工作原理，选择合理的驱动方式。2.确定合适的系统控制器，即单片机型号，分析其各个引脚功能。3.根据设计要求，提出设计方案，论证每个方案，达成最终方案。4.设计本课题的控

8、制系统硬件电路图，以及软件程序设计，要求系统稳定可靠，操作方便，满足各项系统要求。5.测试各项系统功能，分析