开题报告--谢乙凤(4)(1)(2)(1)

《开题报告--谢乙凤(4)(1)(2)(1)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、基于单片机的步进电机控制系统设计基于单片机的步进电机控制系统设计1设计意义、现状和发展趋势步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。计算机则通过软件来控制

2、步进电机，更好地挖掘出电动机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。2设计的主要要求（1）步进电机为三相反应式，控制方式为三相六拍，型号75BF001。（2）转速在50r/min到1500r/min范围内可调，改变转速时，应有升降频控制。（3）通过4×4键盘实现对步进电机进行启动，停止，正转，反转及改变转速的控制。（4）步进电机的运行状态通过LED实现。3设计方案的选择3.1设计原理步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合单片机控制。总体设计框图如图1所示，系统电路由电源、步进电机

3、、按键电路、驱动电路、单片机、显示电路等组成。步进电机的频率，转向，转速，位置等命令由按键电路输入，由单片机输出步进电机控制信号来实现控制，且在显示部分显示出输入的参数。7基于单片机的步进电机控制系统设计图1单片机控制步进电机框图3.2单片机的选型用单片计算机可以构成功能很强、成本低的步进电动机控制器。它具有集成度高、系统结构简单、可靠性高、处理能力强，速度高、容易产品化等优点。方案一选用Intel公司的MCS-51系列单片机80C5180C51内部包括一个8位CPU，128个字节RAM，21个SFR，4个8位并行I/O口，1个全双工串行口，2个16位定时/计数器，但需外扩EPROM。方

4、案二选用ATMEL公司的89系列单片机AT89C51AT89C51与MCS-51系列单片机兼容，128个字节RAM，32位I/O口线，2个16位定时/计数器，4字节Flash存储器。由于AT89C51单片机内部含Flash存储器，在系统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改，缩短了开发周期，所以设计采用AT89C51系列单片机。3.3驱动电路选型步进电机的工作必须使用专用设备—步进电机驱动器。驱动器针对每一个步进脉冲，按一定的规律向电机各相绕组通电(励磁)，以产生必要的转矩，驱动转子运动。方案一采用单电压驱动方式优点：线路简单，成本低；缺点：在高频时电机噪声较大。方案二采用斩波恒流驱动方

5、式优点：高频响应大大提高,输出转矩均匀，所以从提高效率来看这是一种很好的驱动电路，它可以用较高的电源电压，同时无需外接电阻来限定额定电流和减少时间常数。缺点：由于其波形顶部呈现锯齿形波动，所以会产生较大的电磁噪声方案三采用功率驱动方式基本驱动原理与上述两种方案相同，7基于单片机的步进电机控制系统设计具有效率高，输出电流大，外接元件少等优点。比如SJ-3F130M驱动器驱动三相反应式步进电机，该驱动器采用原装进口模块，实现高频斩波，恒流驱动，具有很强的抗干扰性、高频性能好、起动频率高、控制信号与内部信号实现光电隔离、电流可选、结构简单、运行平稳、可靠性好、噪声小等优点。综上所述，功率驱动克

6、服了前两种电路的缺点，使系统线路简单，体积小，可靠性高，所以选择功率驱动比较好。a)步进电动机单电压驱动b）斩波恒流驱动图2驱动电路3.4单片机与驱动电路接口方式方案一采用串行控制的接口方式具有串行控制功能的单片机与步进电机驱动电源之间有较少的连线。将信号送入步进电机驱动电源的为环形分配器，所以在这种系统中，驱动电源必须含有环形分配器.如下图3(a)所示。（a）串行控制7基于单片机的步进电机控制系统设计（b）并行控制图3单片机与驱动电路接口方式方案二采用并行控制的接口方式用单片机的数条端口线直接去控制步进电机各相驱动电路的方法称为并行控制。在电机的驱动电源内，不包括环形分配器，其功能由单

7、片机实现。并行控制示意图见图3(b)。对比以上两种方式,串行控制线路简单,占用CPU资源少,结合前面已选的驱动电路，所以接口采用串行控制。3.5单片机控制步进电机的升、降速方法方案一采用匀加减速控制方法匀加减速控制是指加速度不变，速度以线性规律上升或下降，这种方法软件实现比较简单，但不完全符合步进电机的速度变化规律，效果不理想，如图4（a）所示。（a）匀加减速控制（b）指数曲线控制（c）抛物线控制图4步进电机的升、降速方法方案二采用