基于单片机的步进电机控制系统设计与实现
摘要：本次设计采用单片机开控制我们这次设计所使用的需要靠输入脉冲信号来控制的单片机。单片机各种功能集成在一个芯片,可靠性和抗干扰能力强,高和低水平的输出很容易实现步进电机的控制。由单片机控制可以减少硬件开销和克服一些组件不能在硬件的设计灵活性的缺点容易价值。
本次设计需要确定的步进电机控制系统的软硬件元件，在应用程序环境功效请求和本次设计控制系统的设计，来达到我们这次设计的一系列控制要求。控制系统采用单片机内存、I / O接口、中断的扩张,键盘、LED显示、环形分配器步进电机、驱动和保护电路、人机接口电路、中断系统和复位电路,实现单片机控制步进电机系统在数控机床中的应用,系统设计了两个外部中断,从而实现了步进电机在一定的时间内一次又一次和换向功能,这是数控机床刀架自动进给运动,随着单片机技术的不断发展,单片机在我们日常的生活的用品当中也是越来越普遍可见,自60年代以来,步进电机的应用大大改善。
根据本次设计项目需求,本次设计实验采用AT89C51单片机来输入脉冲从而控制步进电机系统实现本次设计的系统运转的状态。在操作的过程中,我们建立了一个特殊的数据库用于指示改变电机的转速,实现步进电机换向速度控制和显示数据。
关键词：步进电机；单片机；数码管显示；驱动
Design of the Stepping Motor Control System Based on SCM
Abstract：Stepper motor is a kind of electrical pulses into angular displacement of the actuator. When stepping drive receives a pulse signal, it is driving a stepper motor according to set the direction of a fixed Angle (called "step Angle"), its rotation is based on the Angle of the fixed step by step. Can be controlled by controlling the pulse number of angular displacement, so as to achieve the purpose of accurate positioning; As well as by controlling the pulse frequency to control motor rotation speed and acceleration, so as to achieve the purpose of regulating. Stepper motor can be as a control with special motor, using the characteristics of no accumulation error (accuracy of 100%), widely used in all kinds of open loop control.
Because of the stepper motor is depends on the input pulse to control its operation, this paper USES the single chip microcomputer to control stepping motor. MCU to various features are integrated on a chip, reliability and anti-interference ability is strong, the output of high and low level is easy to realize control of the stepper motor. Controlled by single chip microcomputer can reduce hardware overhead and overcome some components can't flexibility in the design of the hardware and the shortcoming of easily get value.
Stepper motor is a kind of precise stepper movement of the electromechanical actuator, the digital control is widely used in industrial machinery, in order to make the system reliability, versatility, maintainability, the optimal ratio of, according to the application environment function requirements and the stepping motor control system, determine the design of hardware and software function of the system, so as to realize four stages based on 8051 single-chip stepper motor open-loop control system. Control system by single chip microcomputer memory, I/O interface and interrupt the expansion of the circular distributor, LED display, keyboard, stepper motor, drive and protection circuit, man-machine interface circuit, the interrupt system and the reset circuit, design of the single voltage driving circuit, etc., realize four phase stepper motor and reversing, suddenly stopped, and other functions. Single-chip microcomputer control stepping motor system in the numerical control machine tool, the application of system design for two external interrupt, so as to realize the stepper motor in a certain period of time, again and again and the reversing function, this is the numerical control machine tool head automatic feed movement, the continuous development of single chip microcomputer technology, single chip computer is more and more widely used in daily electronic products, since the 60 s, the application of stepping motor to improve greatly.
According to project requirements, this experiment through AT89C51 SCM, pulse distributor (also known as logic converter) L298 drive IC and ULN2003 the integrated circuit to complete the operation way of stepping motor and the dc motor control. In the process of operation, we set up a special database used to indicate a change of the motor speed, realize the stepping motor reversing speed control and display the data.
Keywords: stepper motor；single chip microcomputer；digital tube display；driver
一、引言
1.1课题来源及研究意义
近年来,工业领域的发展有了很大的改善，可以说是走入了一个全自动的领域，对电机动控制产品的需求也一直在增加,所以电动机控制的现代工业技术越来越受关注,在电机控制领域中，单片机技术取得了不可替代的重要角色。
本次设计通过AT89C51单片机来驱动步进电机，以便完成电机的运行方式的控制来达到本次设计的目的（正转、反转、加速、减速）。整个系统通过按键控制，操作方便，节省成本，满足了现代工业对步进电机的精确要求。
1.2国内外单片机技术发展与研究概况
现在我们人类生活中单片机技术集成的各种日常用品随处可见，配备比较少（1或2）单片机比如我们的手机、笔记本、冰箱、空调、PSP、掌上电脑以及键盘等电脑配件。和个人电脑也有很多的供应链管理工作。汽车配备40多部单片机。在一些比较繁杂的工业控制系统中,成百上千的SCM在工作在同一时间也是很常见的。计算机网络通信和数据的传输和处理,我们学生在校生活中所使用的饭卡（IC卡）。简单来说，我们现在每个人所使用的基于单片机技术的产品不在10件以下。所以说，从现在开始，我们要认真的学习这门技术，说不定在以后它会带给我们意想不到的结果，我们的人生或许也会因为这个而改变。因此,在大学里可以看到相关推广新的供应链管理知识有着重要的现实意义。
1.2.1 国外单片机技术发展与现状
国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。
国外用许多现在的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码或感应编码配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。
1.2.2 国内单片机技术发展与现状
我国单片机的研制和应用始于70年代末，真正应用则在80年代中期，明显落后于美、日等发达国家，到90年代,供应链管理的发展和应用在中国取得了快速发展,尤其是在工业控制、智能仪器仪表、生产自动化、分布式控制系统取得了一系列可喜的成就,据不完全统计,在国内单片机消耗的数量超过200万件,单片机是蔓延到国民经济各个领域以惊人的速度,但目前国内的应用程序集中在8位单片机技术,品种单调,8031是单片机技术应用的主流模型在我国,8031片内没有ROM,和外部扩张ROM无疑是增加附件和体积,从规模和经济的观点,不是单片机的的优势也很难显著的经济效益。
1.3本课题的主要研究内容
本次设计的最终目的是使得步进电机可以正转和反转，对于整体的系统设计，我采用的是用单片机技术的控制方式，用单片机来控制步进电机的控制系统，从而来达到我本次设计的目的。整个设计控制简单易上手，成本也很低，满足了控制要求的同时也符合学生生活情况
本次设计的主要研究内容：
1．步进电机的工作原理；
2．实现单片机对步进电机控制的方法；
3．控制系统硬件设计；
4．要求能控制步进电机转速，向等；
目 录
第１章 引言 ………………………………………………………………………1
1.1课题来源及研究意义………………………………………………………2
1.2国内外单片机技术研究与应用概况 ……………………………………………2
1.2.1国外单片机技术发展与现状 ………………………………………2
1.2.2国内单片机技术发展与现状 ………………………………………3
1.3本文的主要研究内容………………………………………………………3
第2章 步进电机的总体结构……………………………...................................................3
2.1步进电机概述 …………………………………………………………3
2.1.1步进电机的工作原理.........................................................................4
2.1.2步进电机特点... .…………………………………………………………6
2.1.3步进电机的基本参数 ……………………………………………………6
2.1.4步进电机的动态指标及术语 ……………………………………………7
2.2 步进电机机械结构设计............. ……………………………………………8
2.2.1总体结构设计 ………………………………………………………8
2.2.2步进电机的分类和选择……………………………………………8
2.2.3AT89C51 系单片机....……………………………………………9
2.2.4运行数据显示模块… ………………………………………………14
2.2.5键盘输入模块………………………………………………………14
2.3步进电机驱动电路 ………………………………………………………15
2.3.1步进电机驱动系统简介…………………………………………15
2.3.2 步进电机绕组的电气特性..............………………………………16
2.4系统整体硬件结构设计..............………………………………..............………...17
第3章 单片机控制系统软件设计…………………………………………19
3.1 编程语言简介……………………………………………………………19
3.2 单片机控制系统软件设计 ……………………………………………23
3.2.1独立键盘部分....................……………………………………………25
3.2.2正转部分........................………………………………………25
3.2.3反转部分...........................................................................26
3.2.4加速与减速部分...................................................................27
3.3软硬件调试系统…………………………………………………………28
第4章 步进电机控制系统在工业领域的应用和发展.......................... …………29
4.1步进电机控制系统在工业上的应用………………………………………………29
4.1.1国内外对步进电机控制系统的应用……………………………34
4.1.2步进电机控制系统的发展趋势……………………………………30
第5章 结论 ……………………………………………………………………30
参考文献 …………………………………………………………………………31
致 谢 …………………………………………………………………………31
参考文献
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