基于STC89C52的步进电机调速系统.doc

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1、目录摘要3一课程设计目的4二系统简介52.1步进电机工作原理简介52.2步进电动机的励磁方式62.2.1二相励磁62.2.2一-二相励磁72.3步进电机基本参数72.4闭环PID控制原理8三方案选择83.1控制器的选择83.2显示器的选择方案93.3转速信号采集方案93.4电机驱动芯片的选择9四硬件总体设计94.1系统原理框图94.2系统电路原理图10五软件总体设计10六功能模块介绍116.1硬件模块116.1.1STC89C52RC型单片机最小系统116.1.2ULN2003APG驱动电路126.1.374HC14E126.

2、1.4测速模块136.1.5显示电路136.2软件模块146.2.1LCD显示模块146.2.2键盘电机模块166.2.3PWM模块17236.2.4测速模块18七验证与测试197.1验证197.2测试197.3运行结果20八小组分工21九设计中的问题22十参考文献23附录241.完整程序242.原理图、仿真图、PCB图3323摘要步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电磁机械装置，属于输出与输入脉冲对应的增量驱动元件。它具有步进数可控，运行平稳，价格便宜等优点，广泛应用于数控机床、机器人控制、绘图仪、石英钟表

3、等数字控制和自动控制系统中。因为步进电机的特殊工作原理，它的转动需要特殊的脉冲频率控制。目前，步进电机最普遍的控制调速方法是利用单片机和软件编程，其控制方法简单易懂，操作方便，可靠性高并且成本低廉。在现在控制系统中，通过数字PID可以对其进行更精确的控制。【关键词】步进电机脉冲单片机数字PID23一课程设计目的设计一个由MCS51或其他单片机组成步进电机调速系统。步进电机调速系统应由以下模块组成：测速模块、键盘模块、显示电路、电机模块。其中键盘模块可以输入电机的预期转速、方向，系统自动计算出PWM等信号驱动电机转动；测速模块可

4、以获取实际的电机转速信息，并将其反馈系统，且通过显示模块显示实际的转速值；系统设计一个PID控制器调节输出信号量，使得电机按照指定的预设值转动。要求：1．显示模块，能显示预设值、实际测量值和表明转动方向2．键盘能预设实际转速值和方向3．控制器使用数字PID，调节转速4.完成整个电路设计和软件设计23二系统简介2.1步进电机工作原理简介步进电机属于实用的典型的机电一体化组件。它是一种将电脉冲信号转化为角位移或直线位移的执行机构。又可称脉冲电机或阶跃电机，国外常称为Stepmotor、Steppingmotor、Steppermo

5、tor等等。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按照设定的方向转动一个固定的角度（称为“步据角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到确定的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有累积误差的特点，广泛运用于各种开环控制。步进电机的优缺点如下：(1)在不失步的前提下步进电机的角位移与输入脉冲数严格的成正比，因此不存在累计误差，具有良好的跟随性。(2)步进电机的动态响应快、易于启停

6、、正反转及变速。(3)可用数字信号直接进行开环控制，容易构成简单廉价但可靠的数字控制系统。同时，在要求高时它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。(4)停止时具有自锁能力。(5)速度可在相当宽范围内平滑调节。(6)无刷，电机本体部件少，可靠性高。(7)一般可以不用减速器而直接驱动负载。(8)带惯性负载的能力较差。(9)由于步进电机存在振荡和失步现象，因此必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。(10)步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用普通的交直流电源驱动。2.2步进电动机的励磁方式步进电动机的励磁方式

7、分为全步励磁和半步励磁两种。其中全步励磁又有1相励磁和2相励磁只分；半步励磁又称1-2相励磁。简要介绍如下：一相励磁：在每一瞬间，步进电动机只有一个线圈导通。每送一个励磁信号，步进电动机能旋转1.8°。这是3种励磁方式中最简单的一种。特点如下：23精确度好、消耗电力小，但输出转矩最小，振动较大。如果以该方式控制步进电动机正转，对应的励磁顺序见表1。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。表1一相励磁顺序2.2.1二相励磁在每一瞬间，步进电动机有2个线圈同时导通。每送一个励磁信号，步进电动机能旋转1.8°。特点如下：输出转矩大，振

8、动小。因而成为目前使用最多的励磁方式。如果以该方式控制步进电动机正转，对应的励磁顺序见表2。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。表2二相励磁顺序2.2.2一-二相励磁为1相励磁与2相励磁交替导通的方式。每送一个励磁信号，步进电动机能旋转0.9°。特点如下：分辨率高，运转平滑