【正文】 龍巖學院畢業(yè)論文（設計）題目： 基于單片機的步進電動機 控制系統(tǒng)設計 專業(yè)：　　電氣工程及其自動化　　　　　　 　　　作者：　　 謝吉湖　　　　　　　 　　指導教師(職稱)： 劉生建 (講師) 二0　0 九　年　三　月　 日龍巖學院畢業(yè)論文（設計）開題報告　　　　　　　　　　　　　　　　 2009 年　3 月　　日論文（設計）題目：基于單片機的步進電動機控制系統(tǒng)的設計姓名 謝吉湖年級 2006級所在院系物理與機電工程學院專業(yè) 電氣工程及其自動化指導教師 劉生建開展本課題的意義及工作內(nèi)容：數(shù)字化電動機控制技術(shù)的發(fā)展使電機這個古老的機電能量轉(zhuǎn)換裝置得到新的發(fā)展和廣泛運用，極大的改善了工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，改善了人民的生活水平。步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電動機就轉(zhuǎn)一個角度，因此非常適合于單片機控制。總體安排及進度：第1周：到圖書管或上網(wǎng)查找資料 第2周：整理所找來的資料 第3周：初步完成本系統(tǒng)的設計給指導老師批改 第4周：根據(jù)老師的點評完善本系統(tǒng)的設計課題預期達到的效果：本文以單片機為控制核心，達到理想的步進電動機位置控制和加減速控制。指導教師意見：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　簽名：25基于單片機的步進電動機控制系統(tǒng)設計 學院：物理與機電工程學院 專業(yè)：電氣工程及其自動化 學號：2006040632 姓名：謝吉湖 指導老師：劉生建 【摘要】數(shù)字化電機控制技術(shù)的發(fā)展使得電機這一古老的機電能量轉(zhuǎn)換裝置得到新的發(fā)展和廣泛的應用，并極大地提高了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，改善了人民的生活水平。步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電動機就轉(zhuǎn)一個角度，因此非常適合于單片機控制。為了提高步進電機控制系統(tǒng)的動態(tài)性能和控制精度提出基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)設計方法，包括系統(tǒng)硬件、軟件及加減速控制算法的設計。 【關(guān)鍵詞】 單片機 步進電機控制系統(tǒng) 位置控制 加減速控制目錄摘要、關(guān)鍵詞3第一章 三相反應式步進電動機原理及控制5 一 三相反應式步進電機的工作原理5 二 步進電動機控制6第二章 系統(tǒng)硬件設計6 一 脈沖分配電路6 二 功率放大電路設計8第三章 系統(tǒng)軟件設計8 一 位置控制8 （一）位置控制設計8 （二）位置控制設計程序?qū)崿F(xiàn)8 二 加減速控制9 （一）加減速控制設計9 （二）加減數(shù)控制程序?qū)崿F(xiàn)11致謝詞12參考文獻12附錄1 系統(tǒng)程序13附錄2 位置控制單片機程序19附錄3 加減速控制單片機程序21 引言： 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理器以其強大的運算處理能力，較高的控制精度而在自動控制系統(tǒng)中普遍使用。為了提高步進電機的控制性能和精度，本文以單片機AT89C51為控制核心，實現(xiàn)了三相反應式步進電機控制系統(tǒng)的設計。第一章 三相反應式步進電動機概述及控制 一、三相反應式步進電機的工作原理 三相反應式步進電動機由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成如圖11所示。在定子繞組上有三對磁極，磁極上裝有勵磁繞組。勵磁繞組分為三相，分別為A、B、C三相繞組。步進電機的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成，在轉(zhuǎn)子上均勻分布四個凸極，極上不裝繞組，轉(zhuǎn)子的凸極也稱為轉(zhuǎn)子的齒[1]。 圖11 三相反應式步進電動機原理圖 當步進電動機的A相通電，B相和C相不通電時，由于A相繞組產(chǎn)生的磁通要經(jīng)過磁阻最小的路徑形成閉合磁路，這樣將使轉(zhuǎn)子齒13和定子A相對齊，如圖中A相通電情況所示。當A相斷電，改為B相通電時，同A相通電情況一樣，磁通也要經(jīng)過磁阻最小的路徑形成閉合回路，這樣轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過一定角度，使轉(zhuǎn)子齒4與B相對齊，轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過的角度為，如圖B相通電所示。當B相改為C相時，同時可使轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過的角度為空間角度，如圖C相通電所示。若按照ABCA的通電順序往復下去，則步進電機的轉(zhuǎn)子將按一定速度沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，步進電機轉(zhuǎn)速取決于三相控制繞組的通、斷電源的頻率。當按ACBA順時針通電時，步進電機的轉(zhuǎn)動方向?qū)⒏臑轫槙r針。在步進電機控制過程中，定子繞組每改變一次通電方式，稱為一拍。上述的通電控制方式，由于每次只有一相控制繞組通電，稱為三相當三拍控制方式，除此控制方式外，還有三相單、雙六拍工作方式和三相雙三拍控制方式，在三相單、雙六拍工作方式中，控制繞組通電順序為AABBBCCCAA或AACCCBBBAA。在三相雙三拍控制方式中，控制繞組通電順序為ABBCCAAB或ACCBBAAC。步進電機每改變一次通電狀態(tài)（一拍）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步進點饑的步距角，從圖中可以看出三相單三拍的步距角為，而三相單、雙六拍步距角為，三相雙三拍的步距角為。步進電機的步距角可通過下式計算 （11） 式中的m為步進電機的相數(shù)，對于三相步進電機；C為通電狀態(tài)系數(shù)，對于單拍或雙拍方式工作時；單雙拍混合方式時；為步進電機轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。步進電機的轉(zhuǎn)速n可通過下式計算 （12）式中，f為步進電機每秒的拍數(shù)，成為步進電機的通電脈沖頻率。二 、步進電動機控制步進電動機是數(shù)字控制系統(tǒng)中一種十分重要的自動化執(zhí)行元件，在工業(yè)自動化裝備，辦公自動化設備中有著廣泛的運用，近年來，控制技術(shù)、計算機技術(shù)以及微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，有力地推動了步進電動機控制技術(shù)的進步，提高了步進電動機運動控制裝置的應用水平。過去電動機的控制多用模擬法，隨著計算機應用技術(shù)的迅速發(fā)展，電動機的控制也發(fā)生了深刻的變化，步進電機常常和計算機一起組成高精度的數(shù)字控制系統(tǒng)。模擬控制已經(jīng)逐漸被使用單片機為主的混合控制和全數(shù)字控制所取代。第二章 系統(tǒng)硬件設計步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行機構(gòu)，其轉(zhuǎn)子角位移與輸入脈沖的頻率成正比，通過改變脈沖頻率可以實現(xiàn)大范圍的調(diào)速；同時，步進電機易于與計算機和其他數(shù)字元件接口，因此被應用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中[2]，本設計的步進電動機控制系統(tǒng)由單片機（控制電路），脈沖分配電路、功率放大電路（驅(qū)動電路）、步進電動機及電源系統(tǒng)組成組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。圖21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖一、脈沖分配電路 由步進電動機的工作原理知道，要使電動機正常的一步一步地運行，控制脈沖必須按一定的順序分別供給電動機各相。給三相繞組輪流供電被稱為