基于单片机的步进电机调速系统毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的步进电机调速系统毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

............................................................. 21 平顶山学院本科毕业论文 （ 设计 ） 基于单片机的步进电机 调速系统设计 董煜明 1 1 绪论 及研究意义 步进电机 的 基本类型 步进电机 在励磁方式上进行分类 的话， 大致可以 分为三类，分别是定子上有绕组、的 反应 式 步进电机， 转子用永磁材料制成 的 永磁式 步进电机 ， 以及综合了 反应 式 、永磁式优点的混合式 步进电机。 在这 三者当中 ， 反应式 的步进电机 是 最简单的，成本低廉是它突出的优势。 但是缺点 也很明显，性能 一般， 可靠性 较差。 永磁式 步进电机 的动态性能好 ，这是 它最主要的优点。 但 缺点是 精度 较 差。 混合式步进电机 由于 综合了反应式和永磁式的优点， 所以不但 动态 性能 好 而且运行起来 也十分 稳定 ，但 由于 电机结构 相对 复杂 ，所以混合式 电机的成本较高 ， 造价不菲。 以定子绕组 分类， 步进电机 则能够 分为： 二相，三相 ， 四相和五相 步进电机。 步进电机 现有控 制办法 现在 步进电机 有 多种控制方法， 最为常用的 大致有基于 单片机 控制步进电机、利用 plc 控制步进电机，以及利用 VC++控制步进电机。 其中 ， 利用单片机对步进电机进行调速，具有相对简单，操作方便，性能可靠并且成本低廉的优点，相比 于传统的步进电机控制器具有更好的 性能。 通过对基于单片机步进电机调速系统的研究，有助于把单片机技术、步进电机技术有机的结合在一起，对于学习实践有着重大的帮助。 当前步进电机控制系统的 缺点与 未来 发展趋势 步进电机已经 有了 近 70 年 的发展， 与 之前对比， 在 技术 已经 获得飞跃式的前进 ，但依 然存在很多不足之处， 例如 ： 步进电机 如果使用 开环 应用 系统 ， 会 存在一定的失步 、震荡、难以 满载运行 等问题。 而 闭环 控制方法则 难以阻止 电机 实际运行中 的非线性问题 ， 难以实现精确控制。 平顶山学院本科毕业论文 （ 设计 ） 基于单片机的步进电机 调速系统设计 董煜明 2 目前来看 ，混合式步进电机 是 发展潜力最好的步进电机 ， 混合式 步进电机 的 发展方向 大致 有以下几点 ： 向 小型化 发展 变 圆形电机为方形电机 综合设计 步进电机使之成为一个整体 向 三相、五相电动机发展。 国内外 研究概况 步进 电机 的 历史可以追溯到 1920 年 的 英国 ， 近年来 ，随着科学技术的不断进步，发达国家普遍采用 了性能 较好的混合式步 进电机。 目前来讲 ， 世界上 最大的步进 电机生产国 当属 日本。 我国与 发达国家 相比， 在这 方面 还存在一定的差距。 我国的 步进电机 研究 始于 1958 年 ， 最开始只有少数高校对此进行研究，后来，随着技术的 发展，以及 数字 控制机床技术的需要，对于步进电机的研究才逐渐 为 人们所重视。 目前 ，由于步进电机的 理论 已经趋于 完善 ， 因此其 发展已经较为 缓和。 研究意义 及研究目的 步进电机 的 应用 广泛， 尤其 在数字控制中 地位 尤为重要。 用 步进电机组成的开环系统相对简单， 组装 价格也颇为 廉价， 因此 性价比高 ， 随着 科学技术的发展， 对 步进电机的需求必将 与日俱增，因此研究基于单片机 的步进电机 调速 设计具有很重大的现实意义。 同时进行 本项毕业设计，也有助于 把 大学 中学习过 的 《电机学》、《单片机原理与应用》中的 相关知识有机的结合在一起， 通过 实践加深对知识的理解， 熟悉 单片机的原理 ， 了解 步进电机的相关结构， 研究内容 本设计主要研究 基于 单片机 的步进电机调速设计， 设计 采用 了 AT89C51 型 单片机 ，并以此为基础，研究相应的驱动电路，时钟电路，最终实现 控制 步进电 机 自由 的 加速减速 ，以及正转反转。 平顶山学院本科毕业论文 （ 设计 ） 基于单片机的步进电机 调速系统设计 董煜明 3 论文 内容安排 本论文具体 安排 如下 ： 第一章为 绪论 ，初步 交代 本论文的 学术背景及 研究意义研究目的。 以及 目前国内外的研究概况，未来研究的发展方向。 第二章为步进电机 概述， 对 步进电机进行简要的分析， 介绍 步进电机的特点 及 工作原理 工作方式 ， 并对 步进电机的 基本参数进行说明。 第三章为硬件部分设计 ， 其次对主要元器件进行了选择和介绍 ,并对 时钟电路、显示屏、驱动电路进行了研究。 第四章为软件部分设计 ， 介绍了 主程序、 显示程序 、键盘 程序 等部分。 并 对仿真验证的结果进行 测试。 第五章为 结束语， 对 本设计进行了最后的总结， 平顶山学院本科毕业论文 （ 设计 ） 基于单片机的步进电机 调速系统设计 董煜明 4 2 步进电机概述 步进电机的特点 步进电机是一种直流电动机，步进电机相对普通电机来说，步进电机是可以实现开环控制的， 而且 不需要反馈信号。 步进电机的 缺点是 不适合使用在长时间同方向运转的情况，容易烧坏产品，通常使用时都是短距离频繁动作较佳。 步进电机具有以下这些特点 ： (1)使用数字信号进行开环控制，系统简单而 又价格 低廉 (2)性价比高，可靠性好； (3)响应性优良， 对于正转反转 减速的反应都很好 ： (4)停止时，可有自锁功能： (5)不能使用普通交流电源直接 驱动 步进电机的 工作原理 步进电机能将电脉冲信号转换成相位移或角位移 ， 当步进电机 接 收到一个电脉冲信号 的时候 ， 它 就会 转动 一个固定的角度（ 称之为 “ 步距角 ” ）步进电机的转动的 特点之一就是按照固定角度 一步步 运行的， 因此 可以通过控制电脉冲的信号量，来使步进电机转过固定的角度。 而 控制脉冲的频率，则能够 使 步进电机 加速 或减速，从而对步进电机进行调速。 步进电机 的 工作方式 (1)单三拍的通电顺序为 A B C (2)双三拍的通电顺序为 AB BC CA (3)六拍的通电顺序为 A AB B BC C CA 平顶山学院本科毕业论文 （ 设计 ） 基于单片机的步进电机 调速系统设计 董煜明 5 这三种方式 存在一定的差别，具体如下表所示： 表 21 步进电机 工作方式 的 比较 工作方式 单三拍 双 三拍 六拍 步进周期 T T T 每相通电时间 T 2T 3T 走齿周期 3T 3T 6T 相电流 小 较大 最大 高频性能 差 较好 较好 转矩 小 中 大。