步进电机控制系统设计与其应用.docx

毕业设计题目：步进电机限制系统的设计及其应用学生：学号：学院：专业：指导老师:2015年6月18H步进电机限制系统的设计及其应用本设计通过分析步进电机结构、工作原理，查阅步进电机限制系统的相关科技文献,遵循好用、简洁、牢靠和低成本的原则，设计了一种既可用于精度要求不高,又须要限制要求比较高的限制系统.本次设计采纳单片机为限制核心，利用其强大的功能，把键盘和显示电路有机的结合起来,组成一个操作便利、交互性强的限制系统.而且整个系统所包含的技术几乎包括了现本科学校限制专业所要求的学问，有利于实践教学取得最大效果。键盘电路和显示电路采纳了动态扫描技术,节约了单片机资源.系统软件采纳结构化设计，具有易维护性，依据用户新的要求，对软件系统进行少量的修改，使系统功能得到肯定程度的提高.关键词：单片机，步进电机，中断DesignandApplicationofTheSteppingMotorControlSystemABSTRACTThisdesignthroughtheanalysisofstepintothemotorstructure,workingprinciple,refertothestepmotorcontrolsystemofscientificandtechnicalliterature,followingpractical,simple,reliableandlowcostprinciple,designacanbeusednotonlytotheaccuracyrequirementisnothigh,butcontroltheoccasionsthatneedtocomplete0Forthisdesign,therearethefollowingconclusions:Usingthesinglechipmicrocomputerasthecore,theuseofitspowerfulfeatures,thekeyboardanddisplaycircuitoftheorganiccombination,aconvenientoperation,interactiveandstrongcontrolsystemoAndthetechnologyofthewholesystemincludesalmosttheknowledgethattheundergraduateschoolcontrolprofessionalrequired,anditishelpfulforthepracticeteachingtoachievethemaximumeffect.。Thekeyboardcircuitandthedisplaycircuitusethedynamicscanningtechnology,savingtheMCUresources.Thesoftwareisstructuredandhastheeasymaintenance0Accordingtothenewrequestoftheuser,thesoftwaresystemcanbemodifiedtoimprovethefunctionofthesystem.Keywords:singlechipmicrocomputer,steppingmotor,interrupt.摘要IABSTRACTII1绪论1Ll设计背景11.2 步进电机及其发展21.3 探讨的内容32总体方案论证及设计42.1 步进电机原理及限制技术41 .1.1步进电机驱动方法620 I02步进电机的特点62.1o3AT89C51简介72oIo4ULN2003芯片概述及特点9202方案论证10203总体硬件组成框图103系统硬件设计113。1限制电路113.2 最小系统123.3 驱动电路123.4 显示电路图133.5 总体电路图134系统的软件设计144。1主程序设计144.2定时中断设计15403外部中断设计165系统调试及测试结果分析185.1 软件调试记录185.2 硬件调试记录186总结及展望22致谢23参考文献24附录I26附录H291绪论1o1设计背景单片机是现代电子技术、计算机技术的新兴领域，以单片机为代表的嵌入式系统的出现标记着现代电子系统时代的到来。采纳嵌入式系统集成器件，将电子系统的设计从单纯的硬件设计变为智能化的硬、软件设计，从而使现代电子系统软硬结合，具有智能化、系统功能，具有柔韧性及激励-运行-响应等特点.目前,单片机的价格己很低廉，这使得单片机的应用更为广泛，因此就有可能比较普遍地应用微机来限制各类电机完成各种新奇的、高性能的限制策略，使电机的各种潜在实力得到充分的发挥，使电机的性能更符合运用要求，还可以制造出各种便于限制的新型电机，使电机出现新的面貌。比较简洁的电机微机限制，例如在适当的时刻让小型电动机起动、制动或反转之类,只要用微机限制继电器或电子开关元件使电路开通或关断就可以了。在各种机床设备及生产流水线中，现在已普遍采纳带微机的可编程限制器，按肯定的规律限制各类电动机的动作。至于困难的限制，则要用微机限制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等等,使电机按给定的指令精确工作。通过微机限制，可使电机的性能有很大的提高.例如传统的直流电机和沟通电机各有优缺点，直流电动机的调速性能很好，但带有机械换向器.有机械磨损及换向火花等问题,沟通电动机,不论是异步电动机还是同步电动机，结构都比直流电动机简洁，工作也比直流电机牢靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能便利而又经济地调整.沟通电机采纳正弦脉宽调制方式进行变频调速是比较志向的，但若要用一般的模拟电路或数电路完成这一任务，电路相当困难，用微机限制就简洁多了。若要进一步提高调速精度及动态性能，可采纳矢量限制方案,它的调速性能将及直流电动机相当。但矢量限制比较困难,用传统的模拟电路或数电路很难做到，而应用微机限制则能便利地实现。单片机品种繁多，就应用状况看，应用最广者当属Intel公司的MCS-51系列8位机。在PhiliPS等公司推出新一代80C51系列单片机后，各种型号的80C51层出不穷。51单片机是对全部兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Imel的8031单片机，后来随着FIaShrOm技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种.须要留意的是52系列的单片机一般不具备自编程的实力。近年，由于CHMOS技术的进步,大大地促进了单片机的CMoS化。CMe)S芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以80C51取代8051为标准MCU芯片的缘由。因为单片机芯片多数是采纳CMoS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采纳双极型半导体工艺的TTL电路速度快，但功耗和芯片面积较大.随着技术和工艺水平的提高,又出现了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工艺CHMOS和HMOS工艺的结合.目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度，传输延迟时间小于2ns,它的综合优势已在于TTL电路.因而，在单片机领域CMOS正在渐渐取代TTL电路tl3单片机是通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体,其内部总线包括地址总线、数据总线和限制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时供应地址,CPU通过它们将地址输出到存储器或I/O接口；数据总线的作用是在CPU及存储器或I/O接口之间,或存储器及外设之间交换数据；限制总线包括CPU发出的限制信号线和外部送入CPU的应答信号线等。考虑到经济和牢靠性的要求，本设计中采纳AT89C51单片机，它宏晶科技设计生产的单时钟/机器周期（IT）的单片机。是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机。指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。K2步进电机及其发展步进电机又称脉冲电机或阶跃电机，国外一般称为Stepmotor或Steppingmotor,Pulsemotor,Stepperservo,StePPer等等。目前，随着电子技术拉制技术以及电动机本体的发展和变更，传统电机分类间的界面越来越模糊。这是机电一体化元件组件的必定趋势。就传统的步进电机来说，可以简洁地定义为,依据输入的脉冲信号，每变更一次励磁状态就前进肯定角度（或长度），若不变更励磁状态则保持肯定位里而静止的电动机。从广义上讲，步进电机是一种受电脉冲信号限制的无刷式直流电机，也可看作是在肯定频率范围内转速及限制脉冲频率同步的同步电机。步进电机的机理是基于基本的电磁铁作用，其原始模型起源于1830年至1860年间。1870年前后起先以限制为目的的尝试，应用于氮弧灯的电极输送机构中.这被认为是最初的步进电机。此后,在电话自动交换机中广泛运用了步进电机.不久又在缺乏沟通电源的船泊和飞机等独立系统中广泛应用.步进电机是一种感应点击，它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的，多相时序限制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序限制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象一般的直流电机,沟通电机在常规下运用。它必需由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成限制系统方可运用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等很多专业学问。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化限制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量及日俱增，在各个国民经经济领域都有应用。20世纪60年头后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种好用性步进电机应运而生，而半导体技术的发展则推动了步进电机在众多领域的应用。在近30年间，步进电机快速地发展并成熟起来,从发展趋一直讲，步进电机己经能及直流电机、异步电机，以及同步电机并列，从而成为电机的一种基本类型。传统的步进电机一般可分为永磁式步进电机(PMStePMotor),反应式步进电机(VRStePMOtOr)和混合式步进电机(HybridStePMotor)三种。永磁式步进电机类似于永磁转子的同步电机，转子上安装有永磁体，但定子一般为集中式绕组。反应式步进电机靠变磁阻原理运行，没有永磁体。混合式步进电机最初是作为一种低速驱动用的沟通同步电机而设计的，后来发觉假如各相绕组通以直流脉冲，这种电机也能步进运动。它的转子嵌有轴向充磁磁钢，主要依靠定转子磁场相互作用产生转矩，由于它特殊的结构，它的步距角远小于永磁式步进电机，也可看成是一种极对数很多的永磁式转子同步电机。我国步进电机的探讨及制造始于本世纪50年头后期。从50年头后期到60年头后期，主要是高等院校和科研机构为探讨一些装置而运用或开发少量产品。这些产品以多段结构三相反应式步进电机为主。70年头初期,步进电机的生产和探讨有所突破.除反映在驱动器设计方面的长足进步外,对反应式步进电机本体的设计探讨发展到一个较高水平.70年头中期至80年头中期为成品发展阶段，新品种高性能电机不断被开发。自80年头中期以来，由于对步进电机精确模型做了大量探讨工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。自本世纪中叶，步进电机的应用渗进到数限制的各个领域，尤其在(数控)机械中广泛利用其开环拉制的特点。近十几年来，步进电机在FA机器(Fa