【正文】 龍巖學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 基于單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)：　　電氣工程及其自動(dòng)化　　　　　　 　　　作者：　　 謝吉湖　　　　　　　 　　指導(dǎo)教師(職稱(chēng))： 劉生建 (講師) 二0　0 九　年　三　月　 日龍巖學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告　　　　　　　　　　　　　　　　 2009 年　3 月　　日論文（設(shè)計(jì)）題目：基于單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)姓名 謝吉湖年級(jí) 2006級(jí)所在院系物理與機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師 劉生建開(kāi)展本課題的意義及工作內(nèi)容：數(shù)字化電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展使電機(jī)這個(gè)古老的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置得到新的發(fā)展和廣泛運(yùn)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(jìn)電動(dòng)機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制?？傮w安排及進(jìn)度：第1周：到圖書(shū)管或上網(wǎng)查找資料 第2周：整理所找來(lái)的資料 第3周：初步完成本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)給指導(dǎo)老師批改 第4周：根據(jù)老師的點(diǎn)評(píng)完善本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課題預(yù)期達(dá)到的效果：本文以單片機(jī)為控制核心，達(dá)到理想的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)位置控制和加減速控制。指導(dǎo)教師意見(jiàn)：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　簽名：25基于單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院：物理與機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào)：2006040632 姓名：謝吉湖 指導(dǎo)老師：劉生建 【摘要】數(shù)字化電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展使得電機(jī)這一古老的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置得到新的發(fā)展和廣泛的應(yīng)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(jìn)電動(dòng)機(jī)是純粹的數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。為了提高步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和控制精度提出基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括系統(tǒng)硬件、軟件及加減速控制算法的設(shè)計(jì)。 【關(guān)鍵詞】 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī)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(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理及控制5 一 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理5 二 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制6第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6 一 脈沖分配電路6 二 功率放大電路設(shè)計(jì)8第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)8 一 位置控制8 （一）位置控制設(shè)計(jì)8 （二）位置控制設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)8 二 加減速控制9 （一）加減速控制設(shè)計(jì)9 （二）加減數(shù)控制程序?qū)崿F(xiàn)11致謝詞12參考文獻(xiàn)12附錄1 系統(tǒng)程序13附錄2 位置控制單片機(jī)程序19附錄3 加減速控制單片機(jī)程序21 引言： 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器以其強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力，較高的控制精度而在自動(dòng)控制系統(tǒng)中普遍使用。為了提高步進(jìn)電機(jī)的控制性能和精度，本文以單片機(jī)AT89C51為控制核心，實(shí)現(xiàn)了三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第一章 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)概述及控制 一、三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(duì)磁極，磁極上裝有勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組分為三相，分別為A、B、C三相繞組。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成，在轉(zhuǎn)子上均勻分布四個(gè)凸極，極上不裝繞組，轉(zhuǎn)子的凸極也稱(chēng)為轉(zhuǎn)子的齒[1]。 圖11 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理圖 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的A相通電，B相和C相不通電時(shí)，由于A相繞組產(chǎn)生的磁通要經(jīng)過(guò)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(duì)齊，如圖中A相通電情況所示。當(dāng)A相斷電，改為B相通電時(shí)，同A相通電情況一樣，磁通也要經(jīng)過(guò)磁阻最小的路徑形成閉合回路，這樣轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，使轉(zhuǎn)子齒4與B相對(duì)齊，轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)的角度為，如圖B相通電所示。當(dāng)B相改為C相時(shí)，同時(shí)可使轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)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(fù)下去，則步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子將按一定速度沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速取決于三相控制繞組的通、斷電源的頻率。當(dāng)按ACBA順時(shí)針通電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)⒏臑轫槙r(shí)針。在步進(jìn)電機(jī)控制過(guò)程中，定子繞組每改變一次通電方式，稱(chēng)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(chēng)為三相當(dāng)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?yàn)锳ABBBCCCAA或AACCCBBBAA。在三相雙三拍控制方式中，控制繞組通電順序?yàn)锳BBCCAAB或ACCBBAAC。步進(jìn)電機(jī)每改變一次通電狀態(tài)（一拍）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為步進(jìn)點(diǎn)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(jìn)電機(jī)的步距角可通過(guò)下式計(jì)算 （11） 式中的m為步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)，對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)；C為通電狀態(tài)系數(shù)，對(duì)于單拍或雙拍方式工作時(shí)；單雙拍混合方式時(shí)；為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n可通過(guò)下式計(jì)算 （12）式中，f為步進(jìn)電機(jī)每秒的拍數(shù)，成為步進(jìn)電機(jī)的通電脈沖頻率。二 、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中一種十分重要的自動(dòng)化執(zhí)行元件，在工業(yè)自動(dòng)化裝備，辦公自動(dòng)化設(shè)備中有著廣泛的運(yùn)用，近年來(lái)，控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，有力地推動(dòng)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的進(jìn)步，提高了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制裝置的應(yīng)用水平。過(guò)去電動(dòng)機(jī)的控制多用模擬法，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的控制也發(fā)生了深刻的變化，步進(jìn)電機(jī)常常和計(jì)算機(jī)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(jī)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(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其轉(zhuǎn)子角位移與輸入脈沖的頻率成正比，通過(guò)改變脈沖頻率可以實(shí)現(xiàn)大范圍的調(diào)速；同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)易于與計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字元件接口，因此被應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中[2]，本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)由單片機(jī)（控制電路），脈沖分配電路、功率放大電路（驅(qū)動(dòng)電路）、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理知道，要使電動(dòng)機(jī)正常的一步一步地運(yùn)行，控制脈沖必須按一定的順序分別供給電動(dòng)機(jī)各相。給三相繞組輪流供電被稱(chēng)為