基于单片机步进电机控制系统设计毕业设计开题报告

学生开题报告 邮电与信息工程学院 毕业设计 论文 开题报告 学学 生生 姓姓 名 名 李 XX 学学 号 号 专专 业 业 机械设计制造及其自动化 设计设计 论文论文 题目题目 基于单片机的步进电机 控制系统的设计 指指 导导 教教 师师 章 XX 学生开题报告 2012年3月1日 学生开题报告 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 开文 开 题题 报报 告告 1 结合毕业设计 论文 课题情况 根据所查阅的文献资料 每人撰写 2000 字左右的文献综述 文文 献献 综综 述述 一 步进电机控制系统研究背景一 步进电机控制系统研究背景 步进电机是数字控制系统中的一种执行元件 其功能是将脉冲电信号变换为相应 的角位移或直线位移 即给一个脉冲信号 步进电机就转动一个角度 步进电机区别 于其他控制电机的最大特点是 它是通过输入脉冲信号来进行控制的 即电机的总转 动角度由输入脉冲数决定 而电机的转速由脉冲信号频率决定 因此非常适合单片机 控制 步进电机作为控制执行元件 是机电一体化的关键产品之一 广泛应用在各种 自动化控制系统和精密机械等领域 例如 在仪器仪表 机床设备以及计算机的外围 设备中 如打印机和绘图仪等 凡需要对转角进行精确控制的情况下 使用步进电机 最为理想 随着微电子和计算机技术的发展 步进电机的需求量与日俱增 在各个国 民经济领域都有应用 以前的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路 或者集成电路 不仅调试安 装复杂 要消耗大量元器件 而且一旦定型之后 要改变控制方案就一定要重新设计 电路 不利于系统的改进升级 基于微型单片机的控制系统则通过软件来控制步进电 机 能够更好地发挥步进电机的潜力 因此 用微型单片机控制步进电机己经成为了 一种必然的趋势 也符合数字化的时代发展要求 二 国内外研究步进电机控制系统概况二 国内外研究步进电机控制系统概况 我国数控机械和普通机床的微机改造中大多数均采用开环步进电机控制系统 为 了适应一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求 我国改革开放初期研究步进电机 细分驱动技术 细分驱动是指在每次脉冲切换时 不是将绕组的全部电流通入或切除 而是 只改变相应绕组中电流的一部分 电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分 细分包括振荡器 环行分配器控制的细分驱动 另外还有基于单片机斩波恒流驱动 基于单片机的直流电压驱动三种常见驱动方式 除上述三种步进电机的驱动方案之外 目前报道 的驱动方案还有根据汇编语言或 C 语言进行软件开发 通过串行或并行通 行的方式实现 学生开题报告 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 开文 开 题题 报报 告告 机与步进电机控制器之间的数据通信 最终实现由 PC 机直接控制步进电机的方法 国外对步进电机的研究一直很活跃 目前 国外对步进电机的控制和驱动的一个 重要发展方向是大量采用专用芯片 结果是大大缩小驱动器的体积 明显提高了整机 的性能 比较典型的芯片有两类 一类芯片的核心是用硬件和微程序来保证步进电机 实现合理的加减速过程 同时完成计长走步 正反转等 对于开环使用的步进电机 实现合理的加减速过程便可使其达到较高的运行频率而不失步或过冲 例如日本的 ppmc101b 便是这种芯片 采用这类专用集成电路可驱动 3 5 相电路 可选择励磁方 式 转速精确 设定的转速范围宽 加减速的过渡时间及上升陡度可根据负载选定 此外还有单步运转和不同的停止方式 三 步进电机控制的发展趋势三 步进电机控制的发展趋势 随着自动控制技术 计算机网络通信技术在众多领域中的进一步应用与发展以及 数字化 智能化技术的日益发展 步进电机将会在更加深入广泛的领域中得以应用 并且其控制系统也将随之发展 尤其是智能化应用技术方向的发展将会成为步进电机 下一阶段的发展趋势 四 四 本课题的目的及研究内容 研究意义本课题的目的及研究内容 研究意义 步进电机最大的应用是在数控机床的制造中 因为步进电机不需要 A D 转换 能 够直接将数字脉冲信号转化成为角位移 所以被认为是理想的数控机床的执行元件 目前 在数控生产等应用领域 有三分之二以上采用的是步进电机作为伺服控制系统 的控制电机的 因此 如何改善步进电机的控制方法以提高定位系统的定位精度 成 为提高系统性能的关键所在 所以本项设计 通过 AT89C51 单片机及脉冲分配器 又称逻辑转换器 PMM 8713 完 成步进电机各种运行方式的控制 实现步进电机在三拍 六拍工作方式下的正反转控 制 无级调速控制等功能 cpu 运行速度大为加快 提高了系统响应速度 能达到提高 系统定为精度 减少响应时间 减小整体体积的目的 使得步进电机在开环控制系统 里就能实现精确地控制 对改进数控机床的加工精度有重大意义 整个系统采用模块 化设计 结构简单 可靠 通过人机交互接口可实现各功能设置 操作简单 易于掌握 学生开题报告 对于提高 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 开文 开 题题 报报 告告 学生开题报告 工业精密定位技术 进行产品革新 扩大生产和提高良品率和国际经济竞争力有着重 要的现实意义 采用单片机来控制步进电机 实现了软件与硬件相结合的控制方法 用环形分配器代替软件控制 达到了对步进电机的最佳控制 系统中采用单片机接口 线直接去控制步进电机各相驱动线路 由于单片机的强大功能 还可设计大量的外围 电路 键盘作为一个外部中断源 设置了步进电机正转 反转 档次 停止等功能 采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序 完成对步进电机的最佳控制 显 示器及时显示正转 反转速度等状态 本方案有以下优点 1 单片机软件编程可以使复杂的控制过程实现自动控制和精 确控制 避免了失步 振荡等对控制精度的影响 2 使用环形分配器 ppm8713 代替软 件分配 减少了对单片机 cpu 资源的占用 提高了运行速度 3 单片机的强大功能使 显示电路 键盘电路 复位电路等外围电路有机的组合 大大提高系统的交互性 学生开题报告 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 开文 开 题题 报报 告告 参考文献 1 胡乾斌 李光斌 李玲等 单片微型计算机原理与应用 M 武汉 华中科技大学 出版社 2004 2 王炳实 机床电气控制 M 第3版 北京 机械工业出版社 2004 3 顾绳谷主编 电机及拖动基础 上 下册 M 北京 机械工业出版社 1980 4 黄勇 廖宇 高林 基于单片机的步进电机运动控制系统设计 J 电子测量技术 2008 05 5 王永华 现代电气及可编控制技术 M 北京 航空航天大学出版社 2002 6 丁伟雄 杨定安 宋晓光 步进电机的控制原理及其单片机控制实现 J 煤矿机械 2005 06 7 冯冬青 谢宋和 模糊智能控制 M 北京 化工工业出版社 1998 8 陈伯时 电力拖动自动控制系统 M 北京 机械工业出版社 2000 9 魏衍波 王桂莲 魏天路 单片机的步进电机控制系统研究 J 防爆电机 2005 04 10 陈伯时 电力拖动自动控制系统 M 北京 机械工业出版社 2000 11 王德安 常春玲 基于单片机的步进电机控制 J 自动化与仪表 2005 03 12 邓星钟 周祖德 邓坚 机电传动控制 第二版 M 武汉 华中理工大学出版 社 1998 学生开题报告 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 开文 开 题题 报报 告告 2 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 途径 一 本课题要解决的问题一 本课题要解决的问题 1 通过键盘可设定步进电机转速 2 通过 启动 暂停 键控制电机启停 3 通过 正向 和 反向 按键改变电机的转向 4 通过位置检测光耦和光码盘控制步进电机某一位置停转 二 本课题拟采用的研究手段 途径 二 本课题拟采用的研究手段 途径 1 设计手段 途径 设计手段 途径 1 收集 整理相关本毕业设计的资料 熟练掌握单片机以及本设计相关的各类芯 片的引脚 电器元件的功能 做出设计方案 对各种方案进行比较 选出最优方案 做好设计准备 2 利用 protel dxp2004 绘制各模块电路图以及系统整体电路图 理解电路原理 掌握工作过程 3 编写本设计的 C 语言程序 并用模拟软件进行仿真运行 遇到问题时反复修改 直到调试出最终的正确结果 2 2 设计思路 设计思路 系统电路由电源电路 复位电路 位置检测电路 晶振 步进电机 按键电路 驱动电路 单片机 显示电路等组成 由 AT89C51 单片机送出时钟脉冲和方向电平到环形分配器 PPM8713 PPM8713 是专用的 步进电机的步进脉冲产生芯片 它适用于三相和四相步进电机 环形分配器输出三相脉 冲信号经一级光电隔离器与步进电机工作强电隔离 提高了系统抗干扰能力 使用功 率放大器来提供步进电机的工作电流 将光电隔离器传送的弱电信号变为强电信号送往 步进电机 步进电机能够正常运行 用按键设定步进电机的启停 转速 转向 改变转速 转向都可以在动态运行中进 行 转速数值及转向都在 LED 数码管中动态显示 单片机利用外部中断来检测光耦中 断口和键盘 显示器接口芯片 8279 中断口 系统框图如下 学生开题报告 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 开文 开 题题 报报 告告 AT89C5 1 4 位八 段 LED 数码管 4x4 按键