【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 智能儀表綜合訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目： 步進(jìn)式攪拌機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 I 目錄 目錄 ................................................................ I 摘要 .............................................................. III 第 1 章 概述 ......................................................... 1 攪拌機(jī)簡(jiǎn)介 ................................................... 1 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)概述 ....................................... 1 步進(jìn)電機(jī)的概述 ............................................... 2 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 ......................................... 2 步進(jìn)電機(jī)的研究及發(fā)展 ................................... 3 步進(jìn)電機(jī)的機(jī)構(gòu)及工作原理 ..................................... 4 步進(jìn)電機(jī)的分類 ............................................... 5 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) ............................................... 6 課題設(shè)計(jì)的意義 ............................................... 6 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) ................................................. 7 步進(jìn)電機(jī)的控制方案 ........................................... 7 基于單片機(jī)的控制 ............................................. 7 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案 ........................................... 7 總體方案設(shè)計(jì) ................................................. 9 總體方案方框圖 ......................................... 9 總體方案功能說(shuō)明及選型 ................................. 9 第 3 章 硬件設(shè)計(jì)與仿真 .............................................. 11 單片機(jī)最小系統(tǒng) —— 核心 ...................................... 11 單片機(jī) AT89C51 簡(jiǎn)介 .................................... 11 單片機(jī)功能及特性 ............................... 11 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 .................................. 13 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 ................................................ 13 驅(qū)動(dòng)芯片 ....................................... 14 驅(qū)動(dòng)模塊電路圖 ........................................ 14 獨(dú)立按鍵模塊 ................................................ 15 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 II 顯示模塊 .................................................... 16 測(cè)速模塊 .................................................... 17 總體原理圖 .................................................. 18 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) .................................................... 19 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) ................................................ 19 主程序設(shè)計(jì) .................................................. 19 主程序工作過(guò)程 ........................................ 19 主程序工作流程圖 ...................................... 20 驅(qū)動(dòng)流程圖 .................................................. 20 鍵盤流程圖 .................................................. 21 第 5 章 調(diào)試與總結(jié) .................................................. 22 軟件調(diào)試 .................................................... 22 硬件調(diào)試 .................................................... 23 總結(jié) ........................................................ 23 附錄 A：步進(jìn)式攪拌機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件原理圖 ..................... 26 LCD 顯示部分： .................................................. 26 LED 顯示部分： .................................................. 27 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 III 摘要 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，它能按照控制脈沖的要求，迅速起動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)和調(diào)速。具有步距角精度高特點(diǎn)，因此在眾多領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。 本文首先簡(jiǎn)單的介紹了步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展概況、特點(diǎn)及工作原理。 包括步進(jìn)電機(jī)的控制方案和驅(qū)動(dòng)方案作了系統(tǒng)說(shuō)明，給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案，以及本系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能。通過(guò)軟硬件的設(shè)計(jì)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)能根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，同時(shí)它能準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，啟動(dòng)和停止。硬件是以 AT89C51 單片機(jī)為核心的控制電路，主要包括： LED/LCD 顯示器、鍵盤顯示電路、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片等。軟件部分采用 C 語(yǔ)言編程，主要包括鍵盤顯示程序、步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速程序、停止判斷程序等。本文采用軟硬件結(jié)合的方法，達(dá)到了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。 關(guān)鍵詞 ：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) ；調(diào)速；單片機(jī) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 1 第 1 章 概述 攪拌機(jī)簡(jiǎn)介 攪拌機(jī)是隨著現(xiàn)代混凝土施工工藝發(fā)展起來(lái)的一種機(jī)械設(shè)備，是一種帶有葉片的軸在圓筒或槽中旋轉(zhuǎn)，將多種原料進(jìn)行 攪拌混合 ，使之成為一種混合物或適宜稠度的機(jī)器。 近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)理論的完善和進(jìn)一步成熟，攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)和制造獲得了飛速發(fā)展。但是，它也面臨著 必需滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。攪拌器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì)化和品種多樣化的同時(shí)，正日趨大型化?；诠?jié)能要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械驅(qū)動(dòng)?；诮档彤a(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè)備品均維修間隔時(shí)間的要求，大大提高設(shè)備運(yùn)行壽命，逐漸的采用以單片機(jī)為核心的智能化攪拌機(jī)。攪拌機(jī)在化工、制藥、食品水產(chǎn)業(yè)、塑料等行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用也很廣泛，攪拌機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)均是使用工況的要求考慮一定余量，而攪拌機(jī)在實(shí)際使用過(guò)程中，則不一定要在 最大轉(zhuǎn)速下工作，有很多時(shí)間都可以工作在非滿載狀態(tài)。 在某些應(yīng)用場(chǎng)合，由于 攪拌機(jī)配置及運(yùn)行轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，通常是在攪拌機(jī)電機(jī)的選用上我們采用步進(jìn)電機(jī)作為攪拌機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，這樣我們既可以保證了攪拌機(jī)大力矩的負(fù)載，又可保護(hù)電機(jī)由于太大負(fù)載毀壞。 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)概述 單片機(jī)是現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的新興領(lǐng)域，以單片機(jī)為代表的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代電子系統(tǒng)時(shí)代的到來(lái)。采用嵌入式系統(tǒng)集成器件，將電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)從單純的硬件設(shè)計(jì)變?yōu)橹悄芑挠?、軟件設(shè)計(jì)，從而使現(xiàn)代電子系統(tǒng)軟硬件結(jié)合，具有智能化、系統(tǒng)功能，具有 柔韌性及激勵(lì)、運(yùn)行、響應(yīng)等特點(diǎn)。目前，單片機(jī)價(jià)格已很低廉，這使得單片機(jī)的應(yīng)用更為廣泛，因此就比較普遍地應(yīng)用單片機(jī)來(lái)控制各種電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略，特別是單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，使步進(jìn)電機(jī)的各種潛力、能力得到充分的發(fā)揮，也使步進(jìn)電 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 2 機(jī)的各種性能更符合現(xiàn)代工藝的要求。 一般步進(jìn)電機(jī)控制器都用硬件實(shí)現(xiàn)，雖然電路可以做到了高集成度，可價(jià)格較貴，功能相對(duì)較單一，并且設(shè)計(jì)要求有所改變，就得改變整個(gè)硬件電路，比較麻煩。而采用單片機(jī)的軟件和硬件結(jié)合進(jìn)行控制，運(yùn)用其強(qiáng)大的可編程和運(yùn)算功能，充分利用單片機(jī)的各種資源 ，能靈活的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)其不同模式、步數(shù)、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速等控制，如果需改變控制要求，一般只需改變軟件就能適應(yīng)新的環(huán)境，并且在本設(shè)計(jì)中利用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，把顯示電路和鍵盤電路有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，能做到一定的人機(jī)交換，而且為了抗干擾，提高可靠性，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。 步進(jìn)電機(jī)的概述 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，其應(yīng)用發(fā)展已有約 80 年的歷史。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角）。您 可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差，精度高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等。 即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。 步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng) 用 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一 , 廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。比如在數(shù)控系統(tǒng)中就得到廣泛的應(yīng)用。目前世界各國(guó)都在大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)能夠自行研制開發(fā)適合我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展需要的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。除了在數(shù)控 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 3 系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，近年來(lái)由于微型計(jì)算機(jī)方面的快速發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)的控制發(fā)生了革命性變革。優(yōu)點(diǎn)明顯的步進(jìn)電機(jī)被廣泛應(yīng)用在電子計(jì)算機(jī)的許多外圍設(shè)備中，例 如打印機(jī)，紙帶輸送機(jī)構(gòu)，卡片閱讀機(jī)，主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和存儲(chǔ)器存取機(jī)構(gòu)等，步進(jìn)