大学优秀毕业设计程序控制步进电机

1、题 目：简易步进电机控制步进电机控制摘要：本设计采用ATMEL公司DIP-40封装日勺AT89S52单片机实现对四相步进电机日勺 手动和按键控制。由单片机产生勺脉冲信号通过度派后分解出相应勺四相脉冲，分解出勺四 相脉冲经驱动电路功率放大后驱动步进电机勺转动。转速勺调节和状态勺变化由按键进行选 择，此过程由程序直接进行控制。通过键盘扫描把选择勺信息反馈给单片机，单片机根据反 馈信息做出相应勺判断并变化输出脉冲勺频率或转动状态信号。电机转动勺不同状态由液晶 LCD1602显示出来。而设计勺扩展部分可以通过红外信号日勺发射由另一块单片机和红外线 LED完毕，用红外万能接受头接受红外信号，可以实现对电

2、机勺控制进行红外遥控。核心字：四相步进电机单片机功率放大LCD1602目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 步进电机控制 1摘要1核心字1 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 前言3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1系统总体方案设计及硬件设计4 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 1.1步进电机4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Docu

3、ment 1.1.1步进电机的种类4 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 1.1.2步进电机的特点4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 1.1.3步进电机的原理51.2控制系统电路设计71.3液晶显示LCD16027AT89S52核心部件及系统SCH原理图9LNA 驱动102软件设计及调试132.1程序流程132.2软件设计及调试 143扩展功能阐明154设计总结165设计源程序166附录21参照文献22附2：系统原理图及实物图 23前言步进电机广泛应用于对精度规定比较高日勺运动控制系统中，如机器

4、人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。目前，对步进电机勺控制重要有由分散器件构成勺环形 脉冲分派器、软件环形脉冲分派器、专用集成芯片环形脉冲分派器等。分散器件构成勺环形 脉冲分派器体积比较大，同步由于分散器件勺延时，其可靠性大大减少;软件环形分派器要 占用主机勺运营时间，减少了速度;专用集成芯片环形脉冲分派器集成度高、可靠性好，但 其适应性受到限制，同步开发周期长、需求费用较高。步进电机是微特电机勺一种，其作为 执行元件，是机电一体化勺核心产品之一,广泛应用在多种自动化控制系统中。随着微电子 和计算机技术勺发展，步进电机勺需求量与日俱增，在各个国民经济领域均有应用。同步步 进电动机

5、是一种将脉冲信号变换成相应勺角位移（或线位移）勺电磁装置，是一种特殊勺电动 机。一般电动机都是持续转动勺，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输 入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一种脉冲信号，它就转过一定勺角度。步进电动机 勺角位移量和输入脉冲勺个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉 冲勺数量、频率及电动机绕组通电勺相序，便可获得所需勺转角、转速及转动方向。在没有 脉冲输入时，在绕组电源勺鼓励下气隙磁场能使转子保持原有位置于定位状态。步进电机以 广泛应用在生产实践勺各个领域。它最大勺应用是在数控机床勺制造中，由于步进电机不需 要A/D转换，可以直接将数字脉冲

6、信号转化成为角位移，因此被觉得是抱负勺数控机床勺执 行元件。初期勺步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同 构成液压脉冲马达。随着步进电动机技术勺发展，步进电动机已经可以单独在系统上进行使 用，成为了不可替代勺执行元件。除了在数控机床上勺应用，步进电机也可以并用在其她勺 机械上，例如作为自动送料机中勺马达，作为通用勺软盘驱动器勺马达，也可以应用在打印 机和绘图仪中。随着着不同勺数字化技术勺发展以及步进电机自身技术勺提高，步进电机将 会在更多勺领域得到应用。1系统总体方案设计及硬件设计本设计系统中重要环绕AT89S52以实现四相步进电机日勺转动控制(步进电机正转、反转以

7、及 转动速度)以及液晶LCD1602勺显示为目勺：1.1步进电机步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一种脉冲信号，步进电机 就转动一种角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反映式步进电机(VR)、永磁 式步进电机(PM)和混合式步进电机(HB)。步进电机区别于其她控制电机勺最大特点是，它 是通过输入脉冲信号来进行控制勺，即电机勺总转动角度由输入脉冲数决定，而电机勺转速 由脉冲信号频率决定。步进电机勺驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。 其基本原理作用如下：(1)控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分派。例如:混合式步进电机勺工作方式， 其各相通电顺序为A-

8、B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相勺通 断，这就是所谓脉冲环形分派器。(2)控制步进电机勺转向如果给定工作方式正序换相通电， 步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。(3)控制步进电机勺速度如果给步进 电机发一种控制脉冲，它就转一步，再发一种脉冲，它会再转一步。两个脉冲勺间隔越短， 步进电机就转得越快。1.1.1步进电机勺种类步进电机分永磁式(PM)、反映式(VR)、和混合式(HB)三种。永磁式步进一般为 两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反映式步进一般为三相，可实现大 转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达

9、国家80年代已被裁 减；混合式步进是指混合了永磁式和反映式日勺长处。它又分为两相和五相：两相步进角一般 为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机勺应用最为广泛。1.1.2步进电机勺特点精度高一般勺步进电机勺精度为步进角勺3-5%，且不累积。可在广阔勺频率范畴 内通过变化脉冲频率来实现调速，迅速起停、正反转控制及制动等，这是步进电动机最突 出勺长处过载性好其转速不受负载大小勺影响，不像一般电机，当负载加大时就会浮现速 度下降勺状况，因此步进电机使用在对速度和位置均有严格规定勺场合；控制以便 步进电机是以“步”为单位旋转勺，数字特性比较明显，这样就给计算 机控制带来了很大勺以便，反过来

10、，计算机勺浮现也为步进电机开辟了更为广阔勺使用市场；整机构造简朴 老式勺机械速度和位置控制构造比较复杂，调节困难，使用步进电 机后，使得整机勺构造变得简朴和紧凑。1.1.3步进电机勺原理图1是一种四相可变磁阻型勺步进电机构造示意图。这种电机定子上有八个凸齿，每一 种齿上有一种线圈。线圈绕组勺连接方式，是对称齿上勺两个线圈进行反相连接，如图中所 示。八个齿构成四对，因此称为四相步进电机。ABC图1它勺工作过程是这样勺：当有一相绕组被鼓励时，磁通从正相齿，通过软铁芯勺转子， 并以最短日勺途径流向负相齿，而其她六个凸齿并无磁通。为使磁通途径最短，在磁场力日勺作 用下，转子被逼迫移动，使近来日勺一对齿

11、与被鼓励日勺一相对准。在图1(a)中A相是被鼓励， 转子上大箭头所指向勺那个齿，与正向勺A齿对准。从这个位置再对B相进行鼓励，如图1 中日勺(b)，转子向反时针转过15。若是D相被鼓励，如图1中日勺(c)，则转子为顺时针转 过15。下一步是C相被鼓励。由于C相有两种也许性：ABCD或ADCB。一种 为反时针转动；另一种为顺时针转动。但每步都使转子转动15。电机步长(步距角)是步 进电机日勺重要性能指标之一，不同日勺应用场合，对步长大小日勺规定不同。变化控制绕组数(相 数)或极数(转子齿数)，可以变化步长日勺大小。它们之间日勺互相关系，可由下式计算：L 9=360 PXN式中：L9为步长；P为相数；N为转子齿数。在图1中，步长为15，表达电机转一 圈需要24步