【正文】 **屆 　 分 類 號(hào):　　　　　　　　　　　　　 　　單位代碼:臨沂大學(xué)畢 業(yè) 論 文基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　 　 　 　 　 　姓 名　 ******* 　　　　　　 學(xué) 號(hào)　　 ************** 　　　　　　　年 級(jí)　 ***** 　　 　　　　　　　專 業(yè) ****** 　　　　　　　系?。ㄔ海　　? ******* 　　　　　　　指導(dǎo)教師　 **** 　****年*月*日臨沂大學(xué)摘 要步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價(jià)，又非常可行，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。本文介紹的是一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用匯編語言和Ｃ語言編寫出電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速、停止程序，通過單片機(jī)、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2022 以及相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)以上功能，并且步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)要用 LCD 液晶顯示器顯示出來。本文內(nèi)容介紹了步進(jìn)電機(jī)以及單片機(jī)原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時(shí)對軟、硬件進(jìn)行了調(diào)試，同時(shí)介紹了調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題以及解決問題的方法。該設(shè)計(jì)具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過調(diào)試實(shí)現(xiàn)了上述功能。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；脈寬調(diào)制；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；單片機(jī)；轉(zhuǎn)動(dòng)臨沂大學(xué) Design of The Control System of StepmotorThe openloop system which is posed by stepmotor is simple, cheap and very practical, so there are very wide range of applications in printers and other office automation equipment and various control devices, and many other fields. This article describes one design of stepmotor system based on program of the preparation of a motor , reverse, adjust speed, stop is written by pile language. The above functions are realized through the microcontroller, motor driver chip ULN2022 and correspond key , and the work state of stepper motor is diaplayed through the lightemitting diode. This article introduces the principle of stepper motor and singlechip microputer, the system hardware circuit, the program ponents, while software and hardware for the debugging, at the same time introduces the problems which are appeared in the debugging process and the solutions of the problems . The design has the advantages of clear , high reliability, strong stability, and the abovementioned functions are realized through the debugging.Key words: Stepping motor。 Pulsewidth modulated。 driving mechanism。 singlechip。 rotation臨沂大學(xué)目 錄1 引言 ....................................................................1 課題研究的目的和意義 ................................................1 國內(nèi)外研究概況 ......................................................12 步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)簡介 ....................................................1 步進(jìn)電機(jī)介紹 ........................................................1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹 .................................................6 單片機(jī)原理 ..........................................................83 硬件電路的設(shè)計(jì) .......................................................12 系統(tǒng)整圖 ...........................................................12 電源部分 ...........................................................12 最小系統(tǒng) ...........................................................13 驅(qū)動(dòng)部分 ...........................................................14 狀態(tài)指示部分 .......................................................14 按鍵部分 ...........................................................14 時(shí)鐘部分 ...........................................................15 復(fù)位部分 ...........................................................15 KEILUVISION簡介與調(diào)試 ...............................................15 PROTEUS仿真步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) .............................................16 PROTEUS仿真步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) .............................................17 PROTEUS仿真總圖與 PROTEUS簡介 ........................................174 軟件設(shè)計(jì) ..............................................................23 系統(tǒng)開發(fā)軟硬件環(huán)境 .................................................23 系統(tǒng)程序框圖 .......................................................24 系統(tǒng)程序 ...........................................................256 結(jié)論 ...................................................................31參 考 文 獻(xiàn) ..............................................................33致 謝 ...................................................................34臨沂大學(xué)11 引言 課題研究的目的和意義步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動(dòng)機(jī)，它最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價(jià)，又非?？尚?，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需求量與日俱增，研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。 國內(nèi)外研究概況步進(jìn)電機(jī)是國外發(fā)明的。中國在文化大革命中已經(jīng)生產(chǎn)和應(yīng)用，例如江蘇、北京都生產(chǎn)，而且都在各行業(yè)使用，驅(qū)動(dòng)電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國產(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。國外在大功率的工業(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，絕對速度，系統(tǒng)慣量與最大扭矩比來比較，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)。國外在小功率的場合，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)。國外用許多現(xiàn)代的手段將步進(jìn)電機(jī)排擠出驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，除了前面提到的旋轉(zhuǎn)編碼器，打印機(jī)還使用光電編碼帶或感應(yīng)編碼帶配合直流電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)直線位移控制。國內(nèi)過去是用大力矩步進(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，是國外對交流電動(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。在衛(wèi)星、雷達(dá)等應(yīng)用場合，中國在文化大革命后期，就生產(chǎn)了力矩電機(jī)，就生產(chǎn)了環(huán)形力矩電機(jī)，在高品質(zhì)的控制場合，有時(shí)還不能使用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，在改革開放初期，國內(nèi)就已經(jīng)基本掌握，這與交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制相比，難度要低得多。2 課步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)簡介 步進(jìn)電機(jī)介紹 步進(jìn)電機(jī)概述臨沂大學(xué)2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）。您可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。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)來控制變的非常的簡單。正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是步距角為 度的四相八拍永磁式步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)： （一）步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語相數(shù)：產(chǎn)生不同對 N、S 磁場的激磁線圈對數(shù)。常用 m 表示。拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即 ABBCCDDAAB，四相八拍運(yùn)行方式即 AABBBCCCDDDAA.步距角：對應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。θ=360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360 度/（50*4）= 度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360 度/（50*8）= 度（俗稱半步）。定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。臨沂大學(xué)3（二）步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。