步进电机控制系统课程设计

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1、步进电机控制系统课程设计报告课程名称：微型计算机控制技术设计题目：步进电机控制系统专业：计算机科学与技术班级：学号：姓名：时间：指导老师：目录一、系统概述……………………………………31.系统设计摘要……………………………………32.系统设计概要……………………………………3（1）设计目的……………………………………3（2）设计内容……………………………………3（3）工作原理……………………………………3I.步进电机工作原理II.设计工作原理二、系统硬件设计……………………………………51．总体设计……………………………………52．系统控制电路………………………

2、……………5三、系统软件设计……………………………………81．总体设计……………………………………8（1）设计思想……………………………………8（2）系统总体流程图………………………………92．关键模块设计…………………………………….10（1）开关控制流程图………………………………10（2）通电方式流程图………………………………11四、结束语……………………………………12附录（程序）……………………………………13参考文献……………………………………16一、系统概述1.系统设计摘要步进电动机是机电数字控制系统中常用的控制元件之一。由于其精度高，体积小，控制方

3、便灵活，因此在智能仪表和位置中得到了广泛应用。如在绘图机，打印机及光学仪器中，都采用了步进电机。步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：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）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时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。步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机,其步距角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例;它易于实现与计算机或其它数字元件接口，适用于

4、数字控制系统。本设计通过一种设计方案，包括硬件的介绍和组建、硬件原理图和软件流程图的设计、源程序的编写等，介绍一种基于单片机的步进电机运行控制系统。2.系统设计概要（1）设计目的a.了解步进电机的基本结构和工作原理；b.了解步进电机的的基本控制原理；c.掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法；d.熟悉步进电机驱动程序的设计与调试并使用仿真软件进行调试；e.掌握控制步进电机的步数、转向、启停等功能的程序设计方法；f.提高单片机应用系统设计和调试水平。（1）设计内容设计一个单片机控制三相步进电机控制系统，系统具有如下功能：a.电机启停由K3键控制，方向控制由K

5、4控制；b.通电方式选择由K0-K2键决定，K0为单三拍，K1为双三拍，K2为三相六拍；c.电机停止转时的状态，由绿色指示灯亮；正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，d.电机的步数不是给定的，需要用K5-K11作为步数的给定值。e.电机转动过程中要显示剩余工作步数，采用3位LED数码管。（2）设计环境WindowsXP环境，Office2007环境，Proteus仿真设计软件工具，3000TC仿真实验仪平台。（3）工作原理I.步进电机工作原理步进电机实际上是一个数字/角度转换器，也是一个串行的数/模转换器。步进电机的结构与步进电机所含的相数有关。三相发电机主要

6、是三相交流同步发电机。其转子通常为直流励磁线圈产生的电磁铁，为发电机工作提供磁场。定子是在空间互差120度电角度的三相交流绕组。步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移的控制电动机。步进电机的控制装置由脉冲发生器、环形分配器和功率放大器组成，只要将脉冲依次送到步进电机的每一相，它便沿着方向控制线信号所确定的方向走一步。根据步距角的大小及实际走的步数，只要知道初始位置，便可知道步进电机的最终位置。本设计以三相步进电机为例，三相步进电机有3种工作方式：a.单三拍，通电顺序为：ABCb.双三拍，通电顺序为：ABBCCAc.三相六拍，通电顺序：AABBBCCCA对于方向控

7、制，例如三相六拍，如果是A→AB→B→BC→C→CA这样的顺序，那么电机是正转；如果是A→AC→C→B→B→BA这样的顺序，那么电机是反转。（如图1）通电时序图：图1三相通电时序图另外通过控制脉冲发出的频率，就可以控制电机的转速。II.设计工作原理本设计实现的工作过程如下述：首先系统电源开启，然后检测启动开关（K3键实现），如果开关（K3）处于启动状态，则系统开始工作，否则将等待。启动后，系统能按照我们所控制的方式控制步进电机转动。如K0单三拍，K1双三拍，K2三相六拍三种通电方式；运转过程中可以用方向控制开关（K4）控制方向。整个系统工作过程，指示灯指示步进电

8、机工作方式（正转红灯亮，