【文章內(nèi)容簡介】 ............................................................. 21 平頂山學(xué)院本科畢業(yè)論文 （ 設(shè)計 ） 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 董煜明 1 1 緒論 及研究意義 步進(jìn)電機(jī) 的 基本類型 步進(jìn)電機(jī) 在勵磁方式上進(jìn)行分類 的話， 大致可以 分為三類，分別是定子上有繞組、的 反應(yīng) 式 步進(jìn)電機(jī)， 轉(zhuǎn)子用永磁材料制成 的 永磁式 步進(jìn)電機(jī) ， 以及綜合了 反應(yīng) 式 、永磁式優(yōu)點(diǎn)的混合式 步進(jìn)電機(jī) 。 在這 三者當(dāng)中 ， 反應(yīng)式 的步進(jìn)電機(jī) 是 最簡單的，成本低廉是它突出的優(yōu)勢 。但是缺點(diǎn) 也很明顯，性能 一般， 可靠性 較差 。永磁式 步進(jìn)電機(jī) 的動態(tài)性能好 ，這是 它最主要的優(yōu)點(diǎn) 。 但 缺點(diǎn)是 精度 較 差?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī) 由于 綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)， 所以不但 動態(tài) 性能 好 而且運(yùn)行起來 也十分 穩(wěn)定 ，但 由于 電機(jī)結(jié)構(gòu) 相對 復(fù)雜 ，所以混合式 電機(jī)的成本較高 ， 造價不菲。 以定子繞組 分類， 步進(jìn)電機(jī) 則能夠 分為： 二相，三相 ， 四相和五相 步進(jìn)電機(jī) 。 步進(jìn)電機(jī) 現(xiàn)有控 制辦法 現(xiàn)在 步進(jìn)電機(jī) 有 多種控制方法， 最為常用的 大致有基于 單片機(jī) 控制步進(jìn)電機(jī)、利用 plc 控制步進(jìn)電機(jī)，以及利用 VC++控制步進(jìn)電機(jī)。 其中 ， 利用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，具有相對簡單，操作方便，性能可靠并且成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，相比 于傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制器具有更好的 性能 。 通過對基于單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究，有助于把單片機(jī)技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起，對于學(xué)習(xí)實(shí)踐有著重大的幫助。 當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的 缺點(diǎn)與 未來 發(fā)展趨勢 步進(jìn)電機(jī)已經(jīng) 有了 近 70 年 的發(fā)展， 與 之前對比， 在 技術(shù) 已經(jīng) 獲得飛躍式的前進(jìn) ，但依 然存在很多不足之處， 例如 ： 步進(jìn)電機(jī) 如果使用 開環(huán) 應(yīng)用 系統(tǒng) ， 會 存在一定的失步 、震蕩、難以 滿載運(yùn)行 等問題 。而 閉環(huán) 控制方法則 難以阻止 電機(jī) 實(shí)際運(yùn)行中 的非線性問題 ， 難以實(shí)現(xiàn)精確控制。 平頂山學(xué)院本科畢業(yè)論文 （ 設(shè)計 ） 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 董煜明 2 目前來看 ，混合式步進(jìn)電機(jī) 是 發(fā)展?jié)摿ψ詈玫牟竭M(jìn)電機(jī) ， 混合式 步進(jìn)電機(jī) 的 發(fā)展方向 大致 有以下幾點(diǎn) ： 向 小型化 發(fā)展 變 圓形電機(jī)為方形電機(jī) 綜合設(shè)計 步進(jìn)電機(jī)使之成為一個整體 向 三相、五相電動機(jī)發(fā)展。 國內(nèi)外 研究概況 步進(jìn) 電機(jī) 的 歷史可以追溯到 1920 年 的 英國 ， 近年來 ，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)達(dá)國家普遍采用 了性能 較好的混合式步 進(jìn)電機(jī) 。目前來講 ， 世界上 最大的步進(jìn) 電機(jī)生產(chǎn)國 當(dāng)屬 日本。 我國與 發(fā)達(dá)國家 相比， 在這 方面 還存在一定的差距。 我國的 步進(jìn)電機(jī) 研究 始于 1958 年 ， 最開始只有少數(shù)高校對此進(jìn)行研究，后來，隨著技術(shù)的 發(fā)展，以及 數(shù)字 控制機(jī)床技術(shù)的需要，對于步進(jìn)電機(jī)的研究才逐漸 為 人們所重視。 目前 ，由于步進(jìn)電機(jī)的 理論 已經(jīng)趨于 完善 ， 因此其 發(fā)展已經(jīng)較為 緩和 。 研究意義 及研究目的 步進(jìn)電機(jī) 的 應(yīng)用 廣泛， 尤其 在數(shù)字控制中 地位 尤為重要 。 用 步進(jìn)電機(jī)組成的開環(huán)系統(tǒng)相對簡單， 組裝 價格也頗為 廉價， 因此 性價比高 ， 隨著 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 對 步進(jìn)電機(jī)的需求必將 與日俱增，因此研究基于單片機(jī) 的步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速 設(shè)計具有很重大的現(xiàn)實(shí)意義。 同時進(jìn)行 本項(xiàng)畢業(yè)設(shè)計，也有助于 把 大學(xué) 中學(xué)習(xí)過 的 《電機(jī)學(xué)》、《單片機(jī)原理與應(yīng)用》中的 相關(guān)知識有機(jī)的結(jié)合在一起， 通過 實(shí)踐加深對知識的理解， 熟悉 單片機(jī)的原理 ， 了解 步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)結(jié)構(gòu)， 研究內(nèi)容 本設(shè)計主要研究 基于 單片機(jī) 的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速設(shè)計， 設(shè)計 采用 了 AT89C51 型 單片機(jī) ，并以此為基礎(chǔ)，研究相應(yīng)的驅(qū)動電路，時鐘電路，最終實(shí)現(xiàn) 控制 步進(jìn)電 機(jī) 自由 的 加速減速 ，以及正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 。 平頂山學(xué)院本科畢業(yè)論文 （ 設(shè)計 ） 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 董煜明 3 論文 內(nèi)容安排 本論文具體 安排 如下 ： 第一章為 緒論 ，初步 交代 本論文的 學(xué)術(shù)背景及 研究意義研究目的。 以及 目前國內(nèi)外的研究概況，未來研究的發(fā)展方向。 第二章為步進(jìn)電機(jī) 概述， 對 步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行簡要的分析， 介紹 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 及 工作原理 工作方式 ， 并對 步進(jìn)電機(jī)的 基本參數(shù)進(jìn)行說明 。 第三章為硬件部分設(shè)計 ， 其次對主要元器件進(jìn)行了選擇和介紹 ,并對 時鐘電路、顯示屏、驅(qū)動電路進(jìn)行了研究。 第四章為軟件部分設(shè)計 ， 介紹了 主程序、 顯示程序 、鍵盤 程序 等部分。 并 對仿真驗(yàn)證的結(jié)果進(jìn)行 測試 。 第五章為 結(jié)束語， 對 本設(shè)計進(jìn)行了最后的總結(jié)， 平頂山學(xué)院本科畢業(yè)論文 （ 設(shè)計 ） 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 董煜明 4 2 步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)是一種直流電動機(jī)，步進(jìn)電機(jī)相對普通電機(jī)來說，步進(jìn)電機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制的， 而且 不需要反饋信號。步進(jìn)電機(jī)的 缺點(diǎn)是 不適合使用在長時間同方向運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，容易燒壞產(chǎn)品，通常使用時都是短距離頻繁動作較佳。步進(jìn)電機(jī)具有以下這些特點(diǎn) ： (1)使用數(shù)字信號進(jìn)行開環(huán)控制，系統(tǒng)簡單而 又價格 低廉 (2)性價比高，可靠性好； (3)響應(yīng)性優(yōu)良， 對于正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 減速的反應(yīng)都很好 ： (4)停止時，可有自鎖功能： (5)不能使用普通交流電源直接 驅(qū)動 步進(jìn)電機(jī)的 工作原理 步進(jìn)電機(jī)能將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相位移或角位移 ， 當(dāng)步進(jìn)電機(jī) 接 收到一個電脈沖信號 的時候 ， 它 就會 轉(zhuǎn)動 一個固定的角度（ 稱之為 “ 步距角 ” ）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動的 特點(diǎn)之一就是按照固定角度 一步步 運(yùn)行的， 因此 可以通過控制電脈沖的信號量，來使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過固定的角度。 而 控制脈沖的頻率，則能夠 使 步進(jìn)電機(jī) 加速 或減速，從而對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 步進(jìn)電機(jī) 的 工作方式 (1)單三拍的通電順序?yàn)?A B C (2)雙三拍的通電順序?yàn)?AB BC CA (3)六拍的通電順序?yàn)?A AB B BC C CA 平頂山學(xué)院本科畢業(yè)論文 （ 設(shè)計 ） 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī) 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 董煜明 5 這三種方式 存在一定的差別，具體如下表所示： 表 21 步進(jìn)電機(jī) 工作方式 的 比較 工作方式 單三拍 雙 三拍 六拍 步進(jìn)周期 T T T 每相通電時間 T 2T 3T 走齒周期 3T 3T 6T 相電流 小 較大 最大 高頻性能 差 較好 較好 轉(zhuǎn)矩 小 中 大