8051单片机对步进电机的控制本科论文.doc

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1、济源职业技术学院毕业设计题目单片机对步进电机的控制系别机电系专业　　　　　　　　　　　班级姓名学号指导教师日期2007年12月本中心为大学生提供免费机械毕业设计参考资料www.letaotoy.comQQ：24979657626设计任务书设计题目：单片机对步进电机的控制设计要求：1.初步了解步进电机的分类、工作原理，重点掌握反应式步进电机的工作特点，矩频特性以及常见的驱动电路。2.以8051为主控制器实现对步进电机的简单控制：电机的正转、反转、制动三种状态的任意切换；电机的加减速控制。3.以自动门的设计为实例，讲解了步进电机在实际生产生

2、活中的运用设计进度要求：第一周：搜集资料，研究步进电机的种类，工作原理以及运用场合。第二周：掌握步进电机的机械运行特性。第三周：查找步进电机驱动电路的种类，掌握一种最常用的驱动电路。第四周：温习单片机有关知识：常用程序语句、定时器的使用。第五周：研究步进电机的简单控制，写出正反转程序、调速程序。第六周：简单介绍一实际运用。指导教师（签名）：2626前言步进电动机是数字控制系统的一种执行元件。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电动机，因此又被称为脉冲电动机。给一个电脉冲信号，电动机就转过一个角度或前进一步，

3、其角位移量θ（或位移S）与脉冲数k成正比，如图0.0（a）所示。它的转速n（或线速度v）与脉冲频率f成正比，如图0.0（b）所示。这些关系在负载能力范围内不因电压与负载大小以及环境条件的波动而变化。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，如快速、起-停、正反转控制及制动等，这是步进电动机的突出优点。图0.0步进电机脉冲数、频率与步距角转速关系近年来，电子技术及卫星计算机的迅发展为步进电动机的应用开辟了广阔的前景。在自控系统中，常常要有数字信号转换为角位移或心位移的电磁装置，步进电动机是工作特点恰好符合此要求。步进电动

4、机既可以在某一固定频率脉冲电源作用下作为驱动电动机恒速运行，也可以在某一受控脉冲作用下作为伺服电动机运行。当它作为自控系统中的执行元件时，系统对它的基本要求是：（1）步进电动机在脉冲信号下要能快速起动、停转、正反转及在很宽的范围内调速。（2）要求步进电动机步距精度高，不得丢步或越步。（3）快速响应，即起动、停转、正反转要迅速。26（4）能直接带负载，输出一定的转距。在该设计中我们选用单片机8051做为步进电机的控制器,用它来实现步进电机的空载时的正反转带负荷时的正反转以及各自速度的控制,在设计的最后我们研究了在自动门中单片机对步进电机

5、的控制.26摘要步进电动机是用脉冲信号控制的，步距角和转速大小不受电压波动和负载变化的影响，也不受各种环境条件诸如温度、压力、振动、冲击等影响，而仅仅与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低可以大范围地调节电机的转速，并能实现快速起动、制动、反转，而且有自锁的能力，不需要机械制动装置，不经减速器也可获得低速运行。它每转过一周的步数是固定的，只要不丢步，角位移误差不存在长期积累的情况，主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。图0.1步进电机在数控机床中的运用在机电一体化中，步进电机是最常用的一

6、种执行电机，它实现了机械中的角度、位移的数字化控制，从而使机械控制的精度大大提高。现代控制技术中普遍采用的方式为开环控制和闭环控制，开环控制结构简单成本低但其精度不是太高；闭环控制可以实现高精度的控制，但其结构复杂投入成本高。步进电机的出现解决了这一技术难题，它使得开环控制的精度和速度大大提高，由它组成的步进式伺服控制系统实现了数字化机械生产过程。数控机床便是这一技术的成功体现，伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产效率的主要因素之一。由步进电机执行的机床结构见图1-1所示.除数控机床广泛采用步进电机外，在数模转换装置、计算机外围设

7、备、自动记录仪、钟表、印刷设备等中亦有应用。本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执行器件——步进机。关键词:步进电机，脉冲信号，步距角，开环控制，闭环控制，伺服控制26目录前言I摘要III目录IV1步进电机的分类、结构、工作原理11.1步进电机的分类和结构11.2工作原理22步进电机的机械运行特性52.1静态运行状态52.2步进运行状态62.3连续运转状态83步进电机的驱动103.1步进电机对驱动电源的要求103.2常见提高驱动电源的措施103.3步进电机电源的分类114实现轻负载时步进电机的正反转124.1控制要求124.2

8、所需器材124.3设计原理124.4正反转控制程序流程134.5步进电机正反转程序145步进电机转速控制175.1转速控制原理175.2转速控制程序流程185.3转速控制程序186自动门的设计236.1自动