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1、基于单片机的步进电机 控制系统设计,作者姓名：专业名称：电气工程及其自动化指导教师：,成都理工大学工程技术学院,本设计的意义及内容,步进电机概述,论文结构,单片机简介,控制系统,系统设计,1.本设计的意义及内容,现在步进电机已被广泛使用，但步进电机不能像直流电机，交流电机在常规下使用，它必须有双环型脉冲信号，功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此，设计步进电机具有现实意义和实用价值。本文通过MCS-51单片机对步进电机进行控制，主要介绍了步进电机驱动电路和LED显示电路的设计，包括硬件系统设计和软件系统设计，来实现步进电机的控制。系统为一自动控制系统，通过按键向单片机输送控制信号，控制步进电
2、机的转速和方向，重点阐述了脉冲产生电路以及对速度和方向的控制，该系统具有成本低，控制方便的特点。,2.步进电机概述 步进电机分类,现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（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.永磁式步进电机 永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距角大。2.反应式步进电机 反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。3.混合式步进电机 混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，步距角小，输出力矩大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。应用最为广泛。综合以上概述本设计选择的混合式步进电机。,步进
3、电机概述 速度控制,如果电机每转动1圈需要脉冲数为：n=360/1.50=240,则每转一圈要240个脉冲，若要求25转/分，则每秒要产生脉冲数为：n1=25/60*240=100。为此我们得出转速与每秒产生的脉冲个数关系为：N=V/60*240=4V 式中V为要控制的速度，N为所需脉冲个数。有了上述关系我们就不难推出定时时间与速度之间的关系：T=1/N=1/4V 若定时器控制位TMOD=01H，那么定时器的计数初值与转速之间的关系为：,步进电机概述 速度控制,X=261-1/4V*foc*12 式中foc为晶振频率。为此我们可以得出步进电机转速与定时器定时常数关系，见右表 为此我们只要将定时
4、器的初值写入表格，利用查表程序就可以完成电机速度的控制。,步进电机概述 方向控制,一般步进电机来说，驱动器的输入共用3路，它们是：步进脉冲信号CP，方向电平DIR，脱机信号PREE。1.步进脉冲信号CP 步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置与速度，也就是说；驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机一个旋转的步距角，CP脉冲的频率改变则会使步进电机的转速改变，控制CP脉冲的个数，则可以使步进电机精确定位。,步进电机概述 方向控制,2.方向电平DIR 方向电平信号DIR用于控制步进电机的旋转方向，此端为高电平时，电机一个转向，此端为低电平时，电机转向另一个方向，电机转向必须在电机停机后进行，并且换
5、向信号一定要在前一个方向的最后一个CP脉冲结束以及下一个方向的第一个脉冲前发出。3.脱机电平信号PREE 当驱动器上电平后，步进电机处于锁定状态，或则运行状态，当用户想手动调整电机而不想关闭驱动器电源，这时就可以用到此信号。如果不需要此功能，此端不接即可。,步进电机概述 位置控制,步进电机不需要位置传感器，就可依照输入的脉冲数决定移动量，并将负载顺利、正确地送达指定位置点上。移动量的大小，是依照电机分辨率的大小与输入的脉冲数决定的，脉冲数与位移量间的关系如下:位置移动量=步进电机分辨率x输入脉冲数,步进电机的概述 驱动系统,步进电机在仅给予电压时，电机是不会动作的，必须通过脉冲产生器提供位置（
6、脉波数）、速度的脉冲信号指令，以及驱动器电流流过电机内线圈，依顺序切换激励磁相序的方式才能让电机运转。所以，欲使步进电机动作的必要系统组成如下：1.脉冲产生器：产生角度（位置移动量）、动作速度及运转方向等脉冲信号的电机驱动指令。2.步进驱动器：依控制器所投入的脉冲信号指令提供电流，驱动步进电机动作。3.步进电机：提供转矩动力输出来带动负载。,3.单片机简介,单片机(MCU)是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。单片机是所有微处理机中性价比最高的一种，随着种类的不断全面，功能不断完善，其应用领域也
7、迅速扩大。单片机在智能仪表、实时控制、机电一体化、办公机械、家用电器等方面都有相当的应用领域。所以本设计采用单片机，成本低，易于实现。,4.控制系统 驱动电路,控制系统 数码显示,数码线路的接线方式有如下两种：方案一：串行接法 设计中显示2位数字，用74LS164作为显示驱动，其中带锁存，使用串行接法可以节约IO资源，且发送数据时容易控制 方案二：并行接法 使用并行接法时要对每个数码管用IO口单独输入数据，占用资源较多。由于设计中用一块单片机进行控制，资源有限，选择了方案一，另外，使用寄存器74LS164也起到节约资源的作用。,控制系统 数码显示,数码显示用于读取电机转速的。由此来作为控制电机的依据,控制系统 按键电路设计,按键主要用来提供人机接口，用来控制电机的动作,5.系统设计 设计框图,下图即为系统设计的硬件框图,系统设计 设计总电路图,系统设计 程序流程图,左图为程序流程图,在此次毕业论文的撰写过程中，得到了老师、同学、朋友的关心、指导和帮助。在此，衷心地感谢我的指导教师雷永锋老师！感谢那些与我朝夕相处了四年的同学！感谢在座所有老师的指导和关怀！,致谢,欢迎各位评委老师批评指正。,谢谢！,
