【正文】 **屆 　 分 類 號:　　　　　　　　　　　　　 　　單位代碼:臨沂大學(xué)畢 業(yè) 論 文基于單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)設(shè)計　 　 　 　 　 　姓 名　 ******* 　　　　　　 學(xué) 號　　 ************** 　　　　　　　年 級　 ***** 　　 　　　　　　　專 業(yè) ****** 　　　　　　　系　（院）　　　 ******* 　　　　　　　指導(dǎo)教師　 **** 　****年*月*日臨沂大學(xué)摘 要步進(jìn)電動機由于用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非?？尚?，因此在打印機等辦公自動化設(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的步進(jìn)電機的系統(tǒng)設(shè)計，用匯編語言和Ｃ語言編寫出電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速、停止程序，通過單片機、電機的驅(qū)動芯片 ULN2022 以及相應(yīng)的按鍵實現(xiàn)以上功能，并且步進(jìn)電機的工作狀態(tài)要用 LCD 液晶顯示器顯示出來。本文內(nèi)容介紹了步進(jìn)電機以及單片機原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時對軟、硬件進(jìn)行了調(diào)試，同時介紹了調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題以及解決問題的方法。該設(shè)計具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強等特點，通過調(diào)試實現(xiàn)了上述功能。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機；脈寬調(diào)制；驅(qū)動機構(gòu)；單片機；轉(zhuǎn)動臨沂大學(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)電機與單片機簡介 ....................................................1 步進(jìn)電機介紹 ........................................................1 步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)介紹 .................................................6 單片機原理 ..........................................................83 硬件電路的設(shè)計 .......................................................12 系統(tǒng)整圖 ...........................................................12 電源部分 ...........................................................12 最小系統(tǒng) ...........................................................13 驅(qū)動部分 ...........................................................14 狀態(tài)指示部分 .......................................................14 按鍵部分 ...........................................................14 時鐘部分 ...........................................................15 復(fù)位部分 ...........................................................15 KEILUVISION簡介與調(diào)試 ...............................................15 PROTEUS仿真步進(jìn)電機正轉(zhuǎn) .............................................16 PROTEUS仿真步進(jìn)電機反轉(zhuǎn) .............................................17 PROTEUS仿真總圖與 PROTEUS簡介 ........................................174 軟件設(shè)計 ..............................................................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)電動機是用電脈沖信號進(jìn)行控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動機，它最突出的優(yōu)點是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非?？尚?，因此在打印機等辦公自動化設(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。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動機的需求量與日俱增，研制步進(jìn)電機驅(qū)動器及其控制系統(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)動電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國產(chǎn)化的，當(dāng)時是全分立元器件構(gòu)成的邏輯運算電路，還有電容耦合輸入的計數(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)動上，目前基本不使用大扭矩步進(jìn)電動機，因為從驅(qū)動電路的成本，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，還是用直流電動機，加電動機編碼器整體技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)高。一些少數(shù)高級的應(yīng)用，就用空心轉(zhuǎn)杯電機，交流電機。國外在小功率的場合，還使用步進(jìn)電機，例如一些工業(yè)器材，工業(yè)生產(chǎn)裝備，打印機，復(fù)印件，速印機，銀行自動柜員機。國外用許多現(xiàn)代的手段將步進(jìn)電機排擠出驅(qū)動應(yīng)用，除了前面提到的旋轉(zhuǎn)編碼器，打印機還使用光電編碼帶或感應(yīng)編碼帶配合直流電動機，實現(xiàn)閉環(huán)直線位移控制。國內(nèi)過去是用大力矩步進(jìn)電動機實現(xiàn)機床數(shù)控，有實力的公司現(xiàn)在也采用交流電動機驅(qū)動數(shù)控機床，在驅(qū)動設(shè)備的主要差距，是國外對交流電動機的控制理論與工程分析和應(yīng)用能力強，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，就生產(chǎn)了環(huán)形力矩電機，在高品質(zhì)的控制場合，有時還不能使用步進(jìn)電機。步進(jìn)電機的細(xì)分控制，在改革開放初期，國內(nèi)就已經(jīng)基本掌握，這與交流電動機的矢量控制相比，難度要低得多。2 課步進(jìn)電機與單片機簡介 步進(jìn)電機介紹 步進(jìn)電機概述臨沂大學(xué)2步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進(jìn)角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。一般步進(jìn)電機的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(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，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機來控制變的非常的簡單。正常情況下，步進(jìn)電機轉(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，電動機的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動機能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機控制。本次畢業(yè)設(shè)計采用的是步距角為 度的四相八拍永磁式步進(jìn)電機。步進(jìn)電機的基本參數(shù)： （一）步進(jìn)電機的靜態(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，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即 ABBCCDDAAB，四相八拍運行方式即 AABBBCCCDDDAA.步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。θ=360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒電機為例。四拍運行時步距角為 θ=360 度/（50*4）= 度（俗稱整步），八拍運行時步距角為 θ=360 度/（50*8）= 度（俗稱半步）。定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(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，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。臨沂大學(xué)3（二）步進(jìn)電機動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：步距角精度：步進(jìn)電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在 15%以內(nèi)。失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(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，電機運轉(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)動是不能解決的。最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。