【正文】 。國內(nèi)外圍繞著步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的研究做了大量的工作以及相應(yīng)的開發(fā)工作。多年來，隨著電力電子技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)尤其是其中的驅(qū)動(dòng)電路部分的不斷發(fā)展，使其在單片機(jī)控制，數(shù)控機(jī)床、繪圖儀、打印機(jī)以及光學(xué)儀器中都得到了廣泛的應(yīng)用。 隨著晶體管元件的快速發(fā)展，與之相結(jié)合使用的步進(jìn)電機(jī)也得到了快速的發(fā)展和廣泛的使用。后來逐步發(fā)展還出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)線圈式的應(yīng)用方法。其中，最早的可以追溯到法國人佛羅曼提出了將電磁鐵的吸引力轉(zhuǎn)化為力矩的方法。由于步進(jìn)電機(jī)具有步距誤差不積累、運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、慣性小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，被廣泛使用于計(jì)算機(jī)外圍電路、自動(dòng)化控制裝置以及其他的數(shù)字控制裝置中，如打印機(jī)、鐘表、數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備等裝置中。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)能力范圍內(nèi)，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖個(gè)數(shù)成正比，不因電源電壓、負(fù)載變化和環(huán)境條件等的變化而變化。由于電源每次輸入電脈沖給該電機(jī)，該電機(jī)就會(huì)前進(jìn)一小步，轉(zhuǎn)動(dòng)的方式是步進(jìn)式的，所以稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 control system目 錄中文摘要 IAbstract II1 緒論 1 步進(jìn)電機(jī)及其發(fā)展過程 1 步進(jìn)電機(jī)在我國的應(yīng)用及前景 2 本設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容 3 步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo)及工作原理 3 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 3 步進(jìn)電機(jī)的種類 4 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo) 5 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 6 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的原理 82 總體方案設(shè)計(jì) 10 設(shè)計(jì)思路的選擇 10 單片機(jī)芯片的選擇 12 驅(qū)動(dòng)電機(jī)芯片的選擇 12 顯示電路的選擇 13 步進(jìn)電機(jī)的選擇 133 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 15 鍵盤控制電路 15 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 16 數(shù)碼管顯示電路 18 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路 20 步進(jìn)電機(jī)的其他電路 214 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 23 主程序流程圖 23 讀按鍵子程序流程圖 24 按鍵處理子程序流程圖 25 電機(jī)控制中斷程序流程圖 265 仿真與測(cè)試 28 仿真軟件介紹 28 28 電路板的焊接 stepper motor。本文給出了電路各個(gè)模塊的電路圖，并用Proteus的ISIS軟件對(duì)控制系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行了仿真，并給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果圖像。通過單片機(jī)的I/O端口輸出時(shí)序方波作為控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過芯片ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行不同的指令進(jìn)行工作。因此，研究基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相應(yīng)的控制系統(tǒng)也產(chǎn)生了很多種類，步進(jìn)電機(jī)的身影在眾多領(lǐng)域中可以看到?；?1單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中文摘要步進(jìn)電機(jī)是一種受，并且能將相應(yīng)的或者的電動(dòng)機(jī)。由于步進(jìn)電機(jī)具有步距誤差不積累、運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、慣性小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此，被廣泛使用于計(jì)算機(jī)外圍電路、自動(dòng)化控制裝置以及其他的數(shù)字控制裝置中，如打印機(jī)、鐘表、數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備等裝置中。其中采用單片機(jī)作為控制核心的控制系統(tǒng)，由于其電路簡單、成本低、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，滿足眾多領(lǐng)域的需求，得到了大量的運(yùn)用。本設(shè)計(jì)研究的是基于51單片機(jī)。根據(jù)不同的需要，通過按鍵電路來控制步進(jìn)電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)和加減速等功能，并在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)； 步進(jìn)電機(jī)； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)； 控制系統(tǒng)Abstract Stepper motor controlled by a pulse signal, and a pulse signal can be converted to the corresponding angular displacement or linear displacement of the digital motor. As the stepper motor has a step error does not accumulate, reliable, simple structure, small inertia, low cost, and therefore, are widely used in puter peripheral circuits, automatic control devices and other digital control devices, such as printers, watches and clocks , digital to analog conversion equipment, and other devices. With the rapid development of science and technology, the corresponding control system also produced many types of stepper motor figure can be seen in many areas. Which uses microcontroller as the control of the control system, because of its simple circuit, low cost, high reliability, etc., to meet the needs of many fields, we get a lot of use. Therefore, based on singlechip stepper motor control system has important practical design study is 51 singlechip stepper motor control system. As a control signal, the signal through the chip ULN2003 stepper motor drive to work through the microcontroller I / O port output timing square wave. Depending on the need, through the key circuit to control the start and stop, reversing and ramp functions such as stepper motors, stepper motors in realtime display and digital working condition. In this paper, the circuit diagram of each module, and with the ISIS Proteus software for each function control system simulation, and the simulation results are given corresponding image.Key words: microcontroller。 motor drive。 29 電路板的測(cè)試 306 結(jié)論與展望 32致 謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄：系統(tǒng)總體電路圖 36 系統(tǒng)仿真原理圖 37 PCB打印圖 38 原件清單 39 程 序 40IV 1 緒論 步進(jìn)電機(jī)及其發(fā)展過程步進(jìn)電機(jī)是一種受，并且能將相應(yīng)的或者的電動(dòng)機(jī)。由于電源輸入的是脈沖式的電壓，因此，有時(shí)也被稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。所以其輸出的角速度或線速度也與輸入的脈沖頻率成正比，通過改變輸入脈沖頻率的高低就可以調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并能控制步進(jìn)電機(jī)的快速啟動(dòng)，暫停，正反轉(zhuǎn)和加減速等。雖然步進(jìn)電機(jī)近些年來才被廣泛使用，但其工作原理很早就被人們研究出來。當(dāng)時(shí)，激磁相的切換是采用機(jī)械式凸輪的接觸點(diǎn)來完成，這就是步進(jìn)電機(jī)最初的原理模型。二十世紀(jì)三十年代以后，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用才逐漸開始，稱為步進(jìn)電機(jī)，被用作。1950年研制出二極管半導(dǎo)體，1964年開發(fā)出MOS半導(dǎo)體，特別是經(jīng)過1950—1965年間半導(dǎo)體材料的高速發(fā)展后，由于價(jià)格低廉、可靠性高的邏輯數(shù)字電路得到廣泛的應(yīng)用，使步進(jìn)電機(jī)的使用量也急劇增加?，F(xiàn)如今，繼電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)這兩大類電機(jī)被廣泛應(yīng)用后，步進(jìn)電機(jī)也已成為生活中最常用的。圖11 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)在我國的應(yīng)用及前景我國對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的研究及制造起始于20世紀(jì)50年代。進(jìn)入70年代，我國各地，例如北京、南京、江浙一帶都有大量的生產(chǎn)和使用，其中的驅(qū)動(dòng)電路的半導(dǎo)體器件，已實(shí)現(xiàn)完全國產(chǎn)化。發(fā)展至現(xiàn)今，我國在這方面的理論研究比較成熟，逐漸形成了比較完善的基礎(chǔ)理論和設(shè)計(jì)方法，產(chǎn)品種類也逐漸多樣化，性能和參數(shù)也逐漸達(dá)到甚至有些已經(jīng)超過國外同類產(chǎn)品的水平。其原因是從驅(qū)動(dòng)電路的成本、效率、系統(tǒng)慣量與最大扭矩比等指標(biāo)進(jìn)行比較，采用直流電動(dòng)機(jī)更為合適。經(jīng)過多年的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，功能更加強(qiáng)大，種類也很繁多，相應(yīng)的產(chǎn)品也日趨完善。相信在不久的未來，伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。采用單片機(jī)STC89C51作為控制核心，通過四個(gè)按鍵控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，即控制啟停、轉(zhuǎn)向、加減速等，并利用四位的數(shù)碼管顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和速度等級(jí)。本產(chǎn)品主要實(shí)現(xiàn)的功能：（1）5個(gè)按鍵控制整個(gè)電路，對(duì)應(yīng)功能分別是：啟動(dòng)/暫停、正/反轉(zhuǎn)、加速、減速、復(fù)位；（2）數(shù)碼管顯示正/反轉(zhuǎn)的指示和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的等級(jí)；（3）5個(gè)LED燈，一個(gè)為電源工作指示燈，其余四個(gè)則指示電機(jī)的轉(zhuǎn)速等級(jí)。 步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo)及工作原理本設(shè)計(jì)是以STC89C51單片機(jī)作為控制單元，集成芯片ULN2003作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片，DC5V步進(jìn)電機(jī)作為控制對(duì)象。 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)從應(yīng)用的角度來說，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的基本要求如下:（1） 步進(jìn)電機(jī)能夠在一系列脈沖信號(hào)的控制下,快速、平滑、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、暫停、正/反轉(zhuǎn)，加/減速等運(yùn)行方式；（2） 為了提高精度，要求脈沖對(duì)應(yīng)的位移量小，并要準(zhǔn)確、均勻。要求步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大，可以直接帶動(dòng)負(fù)載工作（3） 響應(yīng)要快速。（4） 。其工作原理是通電的定子線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過吸引或排斥的相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使其進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)工作。缺點(diǎn)是由于永久磁鐵之間的磁化間距不便于測(cè)量、控制，受到影響的因素較多，故為了保持良好的效果，步距角通常會(huì)設(shè)置的較大。這種電機(jī)具有效率低、啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高、轉(zhuǎn)子的阻尼差、噪聲大等缺點(diǎn)。（3）混合式步進(jìn)電機(jī)由于該電機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁體上嵌有永久磁鐵，可以說是永磁型和可變磁阻型相結(jié)合的一種形式。混合式步進(jìn)電機(jī)分為兩相、三相和五相等。 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)（1）步距角 控制系統(tǒng)輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)子所旋轉(zhuǎn)過的機(jī)械角度稱為步距角。步距角的大小會(huì)影響到步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行頻率和啟動(dòng)。（2）最大靜轉(zhuǎn)矩 為最大靜轉(zhuǎn)矩。一般情況下，流入步進(jìn)電機(jī)繞組的電流越大，最大靜轉(zhuǎn)矩也就越大，也就可以帶動(dòng)更大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，此時(shí)的運(yùn)行的快速性及穩(wěn)定性就越好。該誤差值主要是有電磁轉(zhuǎn)矩的不均勻等其他因素造成的，這種誤差在實(shí)際生活中不可避免，通常只有進(jìn)一步提高機(jī)械齒輪的制造精度，使誤差值盡可能的減小。通常在空載情況下進(jìn)行測(cè)定，靜態(tài)步距角誤差越小，表示步進(jìn)電機(jī)的精度越高。它也是衡量步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)速度快慢的一個(gè)重要的參數(shù)。啟動(dòng)頻率與負(fù)載慣量有關(guān)，一般來說隨著負(fù)載慣量的增長而下降