步进电机控制系统设计

《步进电机控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、电气及自动化课程设计报告题目步进电机控制系统设计课程电机与拖动学生姓名：学生学号：年级：2014级专业：自动化班级：2班指导教师：机械与电气工程学院制2017年3月目录1设计的任务与要求11.1课程设计的任务11.2课程设计的要求12步进电机控制系统设计方案制定12.1步进电机工作的原理12.2单片机的原理33仿真软件介绍43.1Proteus软件介绍43.2Keil-uvision4软件介绍54步进电机控制系统电路仿真设计54.1驱动部分54.2时钟部分54.3复位部分64.4状态指示部分64.

2、5按键部分74.6系统程序框图74.7系统整图84.8元器件清单95步进电机控制系统电路仿真设计方案的仿真实现96.总结167参考文献16附录：17步进电机控制系统设计1设计的任务与要求1.1课程设计的任务步进电机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微电动机，它突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速启停，正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制设备等众多领域有着极其广泛的应用

3、。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。1.2课程设计的要求本次实验是基于单片机的控制系统设计，用汇编语言和C语言编写出电机正转、反转、调速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2001以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用LCD液晶显示器显示出来。本次课程设计介绍步进电机以及单片机工作原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试。该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功

4、能。2步进电机控制系统设计方案制定2.1步进电机工作的原理步进电机的工作原理就是步进转动，其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或者是直线位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进一步。步进电机的角位移量与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率（f）成正比，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个歩距角。步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进电机驱动器。典型的步进电机驱动系统是由

5、步进电机控制器、步进电机驱动器和步进电机本体三部分组成，步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号。每发一个脉冲，步进电机驱动器驱动步进电机转子旋转一个歩距角，即步进一步。步进电机转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决于脉冲的有无或频率的高低。控制器的方向信号决定步进电机的顺时针或者逆时针旋转。通常，步进电机驱动器由逻辑控制电路、功率驱动电路、保护电路和电源组成。步进电机驱动器一旦接收到来自控制器方向的信号和步进脉冲，控制电路就按预先设定的电机通电方式产生步进电机各相励磁绕组导通或截止信号。控制电

6、路输出的信号功率很低，不能提供步进电机所需的输出功率，必须进行功率放大，这就是步进电机驱动器的功率驱动部分。功率驱动电路向步进电机控制绕组输入电流，使其励磁形成空间旋转磁场，驱动转子运动。保护电路在出现短路、过载、过热等故障时迅速停止驱动器和电机的运行。如图1所示的步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四项反应式步进电机工作原理图。图1四项步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极

7、和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。以此类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子就会沿着A、B、C、D反向转动。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2所示。a.单四拍b.双四拍c.八拍图2

8、步进电机工作时序波形图2.2单片机的原理（1）单片机原理概述单片机是把微型计算机主要部分都集成在一块芯片上的单芯片微型计算机。图3中表示单片机的典型结构。由于单片机的高度集成化，缩短了系统内的信号传送距离，优化了系统配置，大大地提高了系统的可靠性及运行速度，同时它的指令系统又很适合于工业控制的要求，所以单片机在工业过程及设备控制中得到了广泛的应用。图3典型单片机结构（2）AT89C51简介AT89C51含E²PROM电可编闪速存储器。有两级或三级程序存储器保密系统，防止E²PROM