【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 完成日期 年 月摘 要步進(jìn)電機(jī)是一種純粹的數(shù)字控制電機(jī)，是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。本文應(yīng)用單片機(jī)AT89C51和脈沖分配器PMM8713，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，光電隔離器4N25等，構(gòu)建了步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器為一體的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。通過(guò)AT89C51和脈沖分配器PMM8713完成步進(jìn)電機(jī)的各種運(yùn)行控制方式，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在3相6拍的工作方式下的正反轉(zhuǎn)控制和加減速控制。并通過(guò)步進(jìn)電機(jī)絲杠連動(dòng)，帶動(dòng)XY工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從起點(diǎn)A點(diǎn)到預(yù)定點(diǎn)B點(diǎn)的位移控制。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，通過(guò)人機(jī)交互換接口可實(shí)現(xiàn)各功能設(shè)置，操作簡(jiǎn)單，易于掌握。該系統(tǒng)可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)在機(jī)電一體化控制等大多數(shù)場(chǎng)合。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，加減速控制，XY工作臺(tái)目 錄第一章 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 本文研究?jī)?nèi)容 2第二章 步進(jìn)電機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及特性 3 步進(jìn)電機(jī)的概念 3 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 3 步進(jìn)電機(jī)的分類 4 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 4 步進(jìn)電機(jī)的常用術(shù)語(yǔ) 7 步進(jìn)電機(jī)的振蕩和失步 7 阻尼方法 8 步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性 9第三章 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 10 單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口 10 雙電壓功率驅(qū)動(dòng)接口 11 高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口 11第四章 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 13 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)組成 13 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 13 脈沖分配 14 步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口電路 16第五章 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制 17 步進(jìn)電機(jī)的速度控制 17 步進(jìn)電機(jī)的位置控制 17 步進(jìn)電機(jī)的加減速控制 18第六章 步進(jìn)電機(jī)的XY工作臺(tái) 20 設(shè)計(jì)目標(biāo) 20 X、Y工作臺(tái)的傳動(dòng)方式 20 程序框圖 22 匯編程序 24設(shè)計(jì)總結(jié) 26致 謝 27參考文獻(xiàn) 2829第一章 緒論 步進(jìn)電機(jī)及其發(fā)展步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電動(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)的外觀圖 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)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)床，在驅(qū)動(dòng)設(shè)備的主要差距，是國(guó)外對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制理論與工程分析和應(yīng)用能力強(qiáng)，先進(jìn)的控制理論作為軟件，寫在控制器內(nèi)部。目前,生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，能夠自行開(kāi)發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最基本的設(shè)備都沒(méi)有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。 本文研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)主要是研究基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制，采用單片機(jī)AT89C51和脈沖分配器PMM8713控制步進(jìn)電機(jī)在三相六拍工作方式下的啟?？刂?，正反轉(zhuǎn)控制和加減速控制，以實(shí)現(xiàn)基于步進(jìn)電機(jī)的XY工作臺(tái)兩點(diǎn)間的位移控制。第二章 步進(jìn)電機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理及特性 步進(jìn)電機(jī)的概念步進(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（及步進(jìn)角）。我們可以通過(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)我們也可以通過(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，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。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。從原理上講，步進(jìn)電機(jī)是一種低速同步電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)1. 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的35%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，沒(méi)有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。2. 步進(jìn)電機(jī)外表不允許較高的溫度?！　〔竭M(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏8090度完全正常。3. 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降?！　‘?dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4. 步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。5. 由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非常的可靠。同時(shí)，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。6. 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停，正反轉(zhuǎn)及變速。7. 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍