课程设计（论文）-单片机控制步进电机的控制系统

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1、目录:第一章绪论31.1设计研究内容3第二章控制系统硬件分析与设计42.1步进电机42.2单片机的选择62.3步进电机控制系统的组成7第三章控制系统软件分析与设计123.1程序流程图123.2读键盘子程序流程图133.3键盘处理子程序流程图133.4电机控制中断程序流程图14参考文献16附录17附录一源程序清单17附录二控制原理图2018第一章绪论1.1设计研究内容本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转

2、动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在LCD液晶显示器上。总体设计框图如图1.1所示:AT89C51键盘控制模块电机驱动模块液晶显示模块电源模块图1.1总体设计框图18第二章控制系统硬件分析与设计2.1步进电机2.1.1步进电机的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，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过

3、输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：1.控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A—B—C—D，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C、D相的通断。2.控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。3.控制步进电机的速度如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一

4、步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。2.1.2步进电机的特点1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%，角位移与输入脉冲数严格成正比，没有累计误差，具有良好的跟随性。2.步进电机外表不允许较高的温度。　　步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进

5、电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。4.步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。5.由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单、廉价，又非常的可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。6.步进电机的动态响应快，易于启停，正反转及变速。7.速度可在相当宽的范围内平滑调节，

6、低速下仍能保证获得大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动负载。188.步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。9.步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。10.步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。2.1.3步进电机的分类现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机

7、（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。1.反应式步进电机：一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。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。2.永磁式步进电机：一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；3.混合式步进电机：是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，性能最好。2.1.4永

8、磁步进电机的控制原理在本设计以常用的永磁式步进电机为例，用单片机控制步进电机。其接线图如图2.1所示:图2.1CZ-2801型永磁步进电机接线图从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5根引出线。要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。将COM端标识为C，只要AC、BC或/AC、/BC，轮流加电就能驱动步进电机运转，加电的方式可以有多种，如果将COM端接正电源，那么只要用开关元件（如三极管），将A