步进电机调速测速和显示系统基于单片机

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1、测控系统综合设计课程设计题目基于单片机的步进电机调速系统学院机械工程学院专业测控技术与仪器　学生姓名赵小龙学号年级2012级指导教师2016年1月9日42基于AT89C51单片机的步进电机控制系统摘要步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机能根据设定的参

2、数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启动和停止。硬件是以AT89C51单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。软件部分采用C语言编程，主要包括键盘显示程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。关键词：步进电机控制系统；调速；单片机42目录摘要I第一章引言11.1课题提出的背景和研究意义11.2课题的主要研究内容21.3本章小结2第二章步进电机控制系统设计32.1步进电机的原理32.1.

3、1三相单三拍通电方式32.1.2三相双三拍通电方式52.1.3三相六拍通电方式62.2脉冲分配器82.3步进电机驱动电路82.4步进电机的变速控制112.4.1变速控制的方法132.5本章小结14第三章控制系统硬件设计153.1硬件系统设计原则153.2控制系统组成153.3主要元件的选择163.3.1单片机的选择163.3.2可逆计数器的选择173.4控制系统接口电路的设计183.4.1脉冲分配器设计183.4.2显示电路设计193.4.3外部晶振和复位电路设计203.5控制系统整体电路设计213.6本章小

4、结22第四章控制系统软件设计234.1软件系统设计原则234.2步进电机控制系统功能设计234.3主程序设计244.3.1主程序工作过程244.3.2主程序工作流程图254.3.3定时器T0中断程序流程图254.4Proteus仿真284.5显示程序设计284.6键盘程序设计294.7调速程序设计304.7.120BY步进电机参数304.7.2步进电机转速与频率的关系304.8本章小结3142第五章结束语31参考文献33附录35附录A系统程序（C）35附录B控制系统电路图4142第一章引言1.1课题提出的背景

5、和研究意义由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中都得到了广泛的应用。对于一个步进电机控制系统而言，总希望它能以最短的时间到达控制终点。因此要求步进电机的速度尽可能地快，但如果速度太快，则可能发生失步。此外，一般步进电机对空载最高启动频率都是有所限制的。当步进电机带负载时，它的启动频率要低于最高空载启动频率。根据步进电机的矩频特性可知，启动频率越高，启

6、动转矩越小，带负载的能力越差。当步进电机启动后，进入稳态时的工作频率又远大于启动频率。由此可见，一个静止的步进电机不可能一下子稳定到较高的工作频率，必须在启动时有一个加速的过程。从高速运行到停止也应该有一个减速的过程，防止步进电机因为系统惯性的原因，而发生冲过终点的现象。为此本文以单片机作为控制核心，实现步进电机的自动加减速控制，使系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象。因为步进电机的转速正比于控制脉冲的频率，所以调节步进电机的转速，实质上是调节单片机输出的脉冲频率【1】。由于步进电机的运动特性受

7、电压波动和负载变化的影响小，方向和转角控制简单，并且步进电机能直接接收数字量的控制，非常适合采用微机进行控制。步进电机工作时，失步或者过冲都会直接影响其控制精度。研究步进电机的加减速控制，可以提高步进电机的响应速度、平稳性和定位精度等性能，从而42决定了步进电机控制系统的综合性能。1.2课题的主要研究内容1、步进电机的工作原理通过查阅文献对步进电机的单拍运行、双拍运行、单双拍运行等各种运行方式进行研究，深入了解各种运行方式的特点和对步进电机控制性能的影响。2、脉冲分配器的选择研究脉冲分配器的作用和构成，并选择

8、出可靠、灵活的脉冲分配器电路。3、步进电机控制系统的软硬件设计根据步进电机的原理和控制特点，对步进电机控制系统的软硬件进行分析和设计。4、程序的调试及修改用Keil软件进行编程和调试，并且在Proteus环境下进行系统仿真。1.3本章小结本章首先介绍了课题研究的背景，提出设计的思路。其次介绍了课题研究的目的和意义，最后介绍了课题的主要研究内容。42第二章步进电机控制系统设计2.1步进电机的原理反应式