【正文】 重慶科技學(xué)院 高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 基于 AT89C51 單片機(jī)的 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 考生姓名： XXXXXX 準(zhǔn)考證號(hào)： XXXXXXXXXXXX 專(zhuān)業(yè)層次： 本 科 指導(dǎo)教師： XXXXXXX 院 （系）： 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 重慶科技學(xué)院 二 O 一二年 九 月二十 日 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 中文摘要 I 摘 要 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，它廣泛用于打印機(jī)、電動(dòng)玩具等消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品以及數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、 醫(yī)療器械等機(jī)電產(chǎn)品中，其在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。研究步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，對(duì)提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。 步進(jìn)電機(jī)是一種能將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)控制器 ,功率放大器及步進(jìn)電機(jī)等組成。采用單片機(jī)控制 ,用軟件代替上述步進(jìn)控制器 ,使得線路簡(jiǎn)單 ,成本低 ,可靠性大大增加。軟件編程可靈活產(chǎn)生不同類(lèi)型步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁序列來(lái)控制各種步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式。 本設(shè)計(jì)是采用 AT89C51 單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，通過(guò) I/O 口輸出的時(shí)序方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng) 過(guò)芯片 ULN2021 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 實(shí)踐證明 ， 基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)比傳統(tǒng)的步進(jìn)控制器具有更好的性能，更加簡(jiǎn)單、方便、可靠。本設(shè)計(jì)的主要研究對(duì)象就是開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中最常用的執(zhí)行器件 —— 步進(jìn)電機(jī)。 關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī) ， 單片機(jī) ， 正反轉(zhuǎn)控制 ，鍵盤(pán)控制， LCD 液晶顯示 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 英文摘要 II Based on the AT89C51 singlechip stepper motor control system design ABSTRACT With the development of microelectronics and puter technology, the stepper motor demand grow with each passing day, which is widely used in printers, electric toys and other consumer products, industrial robots and CNC machine tools, medical equipment and other mechanical and electrical products, the national economy in various fields are applied. Study of stepping motor control system, to improve the control precision and response speed, energy saving etc have important significance. A stepper motor can be converted into electric pulse signal of angular displacement or line displacement of the mechanical and electrical ponents, a stepper motor control system is mainly posed of a stepping controller, a power amplifier and a stepper motor. Using single chip microputer control, using software to replace the stepping controller, which has the advantages of simple circuit, low cost, reliability is increased. Software programming can produce different types of step motor excitation sequence to control stepper motor operation mode. This design is the use of AT89C51 singlechip stepper motor control, through the I/O port output timing square wave as a stepper motor control signal, the signal through the ULN2021 chip stepper motor driver. Practice has proved, based on the single chip microputer to control the step motor than the traditional stepping controller has better performance, more simple, convenient, and reliable. The design of the main research object is the open loop servo system in the most monly used executive device stepping motor. Keywords： Stepper motor, MCU, Positive control, Keyboard control, LCD liquid crystal display 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 目錄 III 目 錄 中文摘要 ............................................ I 英文摘要 ........................................... II 1 緒論 ............................................. 1 步進(jìn)電機(jī)及其發(fā)展 ................................... 1 步進(jìn)電機(jī)在我國(guó)的發(fā)展應(yīng)用及前景 .......................... 1 設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容 ...................................... 2 2 控制系統(tǒng)硬件分析與設(shè)計(jì) ............................ 3 步進(jìn)電機(jī) ........................................ 3 步進(jìn)電機(jī)的原理 ................................... 3 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) ................................... 4 步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi) ................................... 4 永磁步進(jìn)電機(jī)的控制原理 ............................. 5 單片機(jī)的選擇 ................................................. 6 單片機(jī)的引腳功能 ............................................. 6 主要 特性 ..................................................... 6 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成 ........................................ 7 鍵盤(pán)控制電路 ................................................. 7 LCD液晶顯示電路 .............................................. 8 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ............................................ 10 3 控制系統(tǒng)軟件分析與設(shè)計(jì) .......................... 13 程序流程圖 ................................................. 13 讀鍵盤(pán)子程序流程圖 .......................................... 14 鍵盤(pán)處理子程序流程圖 ......................................... 14 電機(jī)控制中斷程序流程圖 ....................................... 15 4 調(diào)試與改進(jìn) ...................................... 17 調(diào)試與改進(jìn) ................................................. 17 運(yùn)行結(jié)果 ................................................... 17 結(jié) 論 ............................................. 19 致 謝 ............................................ 20 參考文獻(xiàn) ........................................... 21 附錄 一 ............................................ 22 附錄 二 ............................................ 27 論文原創(chuàng)性聲明 重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 1 緒論 1 1 緒論 步進(jìn)電機(jī)及其發(fā)展 步進(jìn)電機(jī)又稱(chēng)為脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，它是基于最基本的電磁 感應(yīng)作用 ，將電 脈沖 信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)廣泛地應(yīng)用于 工業(yè)自動(dòng)控制、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、照相機(jī)，大型望遠(yuǎn)鏡，衛(wèi)星天線定位系統(tǒng)等等。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步和電子技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊，同時(shí)也對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能提出了更高的要求。 步進(jìn)電機(jī)的原始模型起源于 1830 年至 1860 年， 1870 年前后開(kāi)始以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氬弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中，這被認(rèn)為最早的步進(jìn)電機(jī)。 1950 年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。到 20 世紀(jì) 60 年代后期，在步進(jìn)電機(jī)本體方面隨著永磁材料的發(fā)展，各種實(shí)用性 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。步進(jìn)電機(jī)往后經(jīng)過(guò)不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分解能、高響應(yīng)性、信賴(lài)性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過(guò)程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場(chǎng)合步進(jìn)電機(jī)用得最多。 步進(jìn)電機(jī)在我國(guó)的發(fā)展應(yīng)用及前景 我國(guó)步進(jìn)電機(jī)的研究及制造起始于本世界 50 年代后期，從 50年代后期到 60年代后期，主要是高等院校和科研機(jī)構(gòu)為研究一些裝置而使用或開(kāi)發(fā)少量產(chǎn)品。我國(guó)在文化大革命中開(kāi)始 大量生產(chǎn)和應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)，例如江蘇、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生產(chǎn)，而且都在各行業(yè)使用，其中的驅(qū)動(dòng)電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國(guó)產(chǎn)化的，當(dāng)時(shí)是全分立元器件構(gòu)成的邏輯運(yùn)算電路，還有電容耦合輸入的計(jì)數(shù)器，觸發(fā)器，環(huán)形分配器。中等耐壓的大功率半導(dǎo)體器件也完全國(guó)產(chǎn)化。 70 年代初期，步進(jìn)電機(jī)的生產(chǎn)和研究都有所突破，除反映在驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方面的長(zhǎng)足進(jìn)步以外，對(duì)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)本體的設(shè)計(jì)研究發(fā)展到一個(gè)較高的水平。70 年代中期至 80 年代中期為成品發(fā)展階段，新品種高性能電動(dòng)機(jī)不斷被開(kāi)發(fā)。至 80 年代中期以來(lái)，由于步進(jìn)電機(jī)精確模 型做了大量研究工作，各種混合式步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器作為產(chǎn)品廣泛利用。 國(guó)外在大功率的工業(yè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)上，目前基本不使用大扭矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)閺尿?qū)動(dòng)電路的成本，效率，噪音，加速度，絕對(duì)速度，系統(tǒng)慣量與最大扭矩比來(lái)重慶科技學(xué)院高等教育自學(xué)考試本科畢業(yè)論文 1 緒論 2 比較，比較不劃算，還是用直流電動(dòng)機(jī)，加電動(dòng)機(jī)編碼器整體技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高。一些少數(shù)高級(jí)的應(yīng)用，就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī)，交流電機(jī)。國(guó)外在小功率的場(chǎng)合，還使用步進(jìn)電機(jī)，例如一些工業(yè)器材，工業(yè)生產(chǎn)裝備，打印機(jī)，復(fù)印件，速印機(jī)，銀行自動(dòng)柜員機(jī)。國(guó)內(nèi)過(guò)去是用大力矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)控，有實(shí)力的公司現(xiàn)在也采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控 機(jī)