步进电机加减速定位控制系统课程设计说明书

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1、课程设计说明书第24页1绪论1.1课题描述随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此

2、，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元件，通过控制脉冲信号来定位步进电机。1.2步进电机参数和特点1.2.1基本参数1.电机固有步距角[8]它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。2.步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相

3、、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。3.保持转矩（HOLDINGTORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。1.2.2步进电机的特点课程设计说明书第24页1．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。2．步进电机外表允许的最高温度。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

4、都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进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。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应

5、更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。步进电机以其显著的特点，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总体方案设计2.1总体设计框图为了实现步进电机的加减速定位控制功能，设计采用的如图2.1的设计框图。本设计系统采用开环控制，利用AT89C51单片机作为脉冲分配器，通过功率接口控制四相步进电机的加减速运行。键盘模块控制步进电机的起动、加速、停止、以及定位等各项

6、功能的选择。LCD显示器上实时的显示步进电机的运行转速和定位功能时候步进电机运行的转速和总的转数。89C51课程设计说明书第24页单片机系统是整个控制系统的核心，控制系统的各个模块协调工作并且充当步进电机运转时候的脉冲分配器。LCD显示器89C51单片机系统步进电机功率接口电路键盘图2.1总体设计框图2.2控制系统芯片的选取2.2.1单片机芯片的选取随着科学技术的发展，微型计算机技术日益发展，已经在许多领域得到了广泛的应用。随着集成电路工艺的发展，出现了单片机、DSP,ARM等多种单片机。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只

7、读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[6]。51单片机虽然和DSP,ARM相比处理速度和运算速度上都比较慢，但它的体积小、质量轻、价格便宜，它的速度可以满足本次实验的要求，所以我们采用AT89C51这款单片机。2.2.2步进电机驱动芯片的原理及其引脚功能对于设计中的步进电

8、机驱动器采用L298N驱动器。L298N为SGS-THOMSONMicroelectronics所生产的双全桥步进电机专用驱动芯片(DualFull-BridgeDriver)，内部包含4信道逻辑驱动电路，