【正文】 哈爾濱廣廈畢業(yè)設(shè)計(jì) 哈爾濱廣廈學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 基于 AT89C51 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別 專 業(yè) 班 級(jí) 電氣一班 學(xué)生姓名 20 年 6 月 10 日 哈爾濱廣廈畢業(yè)設(shè)計(jì) I 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，停止時(shí)能自鎖等特點(diǎn)，因此步 進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，特別是在開(kāi)環(huán)的控制系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。 本文以單片機(jī)和環(huán)形脈沖分配器為核心設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，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，使控制系統(tǒng)以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象；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：環(huán)形脈沖分配器、鍵盤(pán)顯示電路、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路等。軟件部分采用 C 語(yǔ)言編程，主要包括鍵盤(pán)顯示程序、步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速程序、停止判斷程序等。 關(guān)鍵詞 ：步進(jìn) 電機(jī)控制系統(tǒng)；調(diào)速；單片機(jī) 哈爾濱廣廈畢業(yè)設(shè)計(jì) II Abstract Stepping motor is a kind of digital control system ponents. It can achieve quick startup, positive inversion, stopping and speed control , according to the control pulse. It has high precision step angle, and can be selflocking w hen it keeps still. As these characteristics, stepping motor in automatic control system, especially in the open loop control system has been widely applied. This article mainly focuses on taking Singlechip Computer and cycle pulse distributor as the core, and designing the stepping motor control system. Through the design of the software and hardware debugging, it realizes controlling the step motor’s acceleration and deceleration automatically, according to parameter setting. Making the system arrive the end point with the shortest time, but not occur outing of step. Besides it can accurately achieve startup, positive inversion and shutdow n. Hardware takes AT89C51 as the core of control circuit, mainly including: cycle pulse distributor, keyboard and display circuit, stepping motor driving circuit, etc. Software part adopts the C language programming, mainly including keyboard and display program, stepping motor speed control program, stop judging program, etc. Key words: Stepping motor control system。 speed control。 Singlechip Compute 哈爾濱廣廈畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目 錄 摘 要 .......................................................... I Abstract ............................................................................................................ II 目 錄 ............................................................................................................. I 第一章 引言 ................................................................................................. 1 課題提出的背景和研究意義 ............................... 1 課題的主要研究?jī)?nèi)容 ...................................... 2 本章小結(jié) ................................................ 2 第二章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................... 3 步進(jìn)電機(jī)的原理 .......................................... 3 三相單三拍通電方式 ................................ 3 三相雙三拍通電方式 ................................... 5 三相六拍通電方式 ..................................... 6 環(huán)形脈沖分配器 .......................................... 8 續(xù)流電路 ............................................... 12 二極管續(xù)流 .......................................... 13 二極管 — 電阻續(xù)流 .................................... 14 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ....................................... 15 步進(jìn)電機(jī)的變速控制 ..................................... 17 變速控制的方法 ...................................... 20 步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用 .......................... 20 本章小結(jié) ............................................... 22 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .........................................................................23 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ....................................... 23 控制系統(tǒng)組成 ........................................... 24 主要元件的選擇 ......................................... 24 單片機(jī)的選擇 ........................................ 24 EPROM 的選擇 ......................................... 25 可逆計(jì)數(shù)器的選擇 .................................... 27 控制系統(tǒng)接口電路的設(shè)計(jì) ................................ 28 環(huán)形脈沖分配器設(shè)計(jì) .................................. 28 哈爾濱廣廈畢業(yè)設(shè)計(jì) II 顯示電路設(shè)計(jì) ........................................ 29 外部復(fù)位電路設(shè)計(jì) .................................... 30 控制系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì) ................................... 31 本章小結(jié) ............................................... 32 第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .........................................................................32 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ....................................... 32 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) .............................. 33 主程序設(shè)計(jì) ............................................. 34 主程序工作過(guò)程 ...................................... 34 主程序工作流程圖 .................................... 35 定時(shí)器 T0 中斷程序流程圖 ............................. 35 Proteus 仿真 ........................................... 38 顯示程序設(shè)計(jì) ........................................... 40 鍵盤(pán)程序設(shè)計(jì) ........................................... 41 調(diào)速程序設(shè)計(jì) ........................................... 42 20BY 步進(jìn)電機(jī)參數(shù) ................................... 42 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系 ............................ 42 本章小結(jié) ............................................... 44 第五章 結(jié)束語(yǔ) ............................................................................................44 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................45 哈爾濱廣廈畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 引言 課題提出的背景和研究意義 由于步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器或速度傳感器就可以實(shí)現(xiàn)定位，即使在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下它的控制效果也是令人非常滿意的，這有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本，因此步進(jìn)電機(jī)在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。 對(duì)于一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)而言，總希望它能以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)。因此要求步進(jìn)電機(jī)的速度盡可能地快，但如果速度太快，則可能發(fā)生失步。此外，一般步進(jìn)電機(jī)對(duì)空載最高啟 動(dòng)頻率都是有所限制的。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，它的啟動(dòng)頻率要低于最高空載啟動(dòng)頻率。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知，啟動(dòng)頻率越高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小，帶負(fù)載的能力越差。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作頻率又遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。由此可見(jiàn)，一個(gè)靜止的步進(jìn)電機(jī)不可能一下子穩(wěn)定到較高的工作頻率，必須在啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)加速的過(guò)程。從高速運(yùn)行到停止也應(yīng)該有一個(gè)減速的過(guò)程，防止步進(jìn)電機(jī)因?yàn)橄到y(tǒng)慣性的原因，而發(fā)生沖過(guò)終點(diǎn)的現(xiàn)象。為此本文以單片機(jī)作為控制核心，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)加減速控制，使系統(tǒng)以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象。因?yàn)?步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于控制脈沖的頻率，所以調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)單片機(jī)輸出的脈沖頻率 【 1 】 。 由于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響小，方向和轉(zhuǎn)角