步进电机毕业论文

I基于单片机的步进电机升降频控制摘要步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。由于步进电机是靠输入脉冲来控制其运转的，本文采用单片机来控制步进电机。单片机将各种功能部件集成在一块芯片上，可靠性和抗干扰能力比较强，其输出的高低电平易于实现对步进电机的控制。采用单片机控制既能减少硬件开销，也克服了硬件设计中一些元器件不能灵活变动和容易变值的缺点。大量实践证明，对于不同功率的步进电机，简单统一的直线升频技术，不能够让电机工作在最佳效率状态下，本设计采用程序控制的指数曲线升降频，能够方便地与不同电机的机械特性很好地适配，减少电机升降频所用的时间，提高生产效率。本次设计使用AT89C51单片机产生脉冲信号来控制35BY48S03型步进电机的运行。在升降频过程中，我们专门设计了一个数据区，这个数据区中的数据确定了电机在升降频过程中按指数曲线规律变化。我们改变电机时，只要根据电机的特性改变数据区的一些数据，即可使曲线很好的与电机适配。该方法能使电机以较高的效率运行。关键词：步进电机，单片机，升降频，步长IISTEPERMOTORFREQUENTMOVEMENTBASEDONMICROCONTROLLERUNITCONTROLABSTRACTSteppermotorisonekindtransformstheelectricitypulseasangulardisplacement'simplementingagency.Whensteppermotorthedrivertoreceivetoasignalimpulse,steppermotorontheactuation(tobecalled“steppitchangle”accordingtoahypothesisdirectionalrotationfixedangle),itsrevolvingismovesgraduallybythefixedangle.Maycontroltheangulardisplacementthroughthesteeringimpulseinteger,thusachievestheaccuratelocalizationthegoal;Simultaneouslymaycontrolthespeedwhichandtheaccelerationthroughthesteeringimpulsefrequencytheelectricalmachineryrotates,thusachievesthevelocitymodulationthegoal.Steppermotortobepossibletotakethespecialelectricalmachinerywhichonekindofcontroluses,usesitcumulativeerror(precisionhasnotbeen100%)thecharacteristic,widelyappliesineachkindofopen-loopcontrol.Sincesteppingontheimportationofelectricalpulseistocontrolitsfunctioning,thepaperusedtocontrolthesteppermotorSCM.SCMwillallfeatureinanintegratedchip,reliabilityandstronganti-interferencecapabilities,theoutputofthehigh-loweasytorealizethesteppermotorcontrol.SCMcontrolalsousedtoreducehardwarecosts,butalsotoovercomesomeofthehardwaredesignchangescannotbeflexibleandeasytochangepartsoftheshortcomings.ThemassivepracticesprovedthatSteppermotorregardingthehighefficiency,thesimplestraightlinerisesthefrequencytechnology,cannotlettheelectricalmachineryworkundertheoptimumefficiencycondition,thisarticleonlythenusesthecurvelinecontrolthemethod,canreducetheelectricalmachinerytoriseandfallthetimewhichthefrequencyuses,raiseselectricalmachinery'sworkingefficiency,withelectricalmachinery'scharacteristicverygoodadaptive.IIIThisdesignusesAT89C51producepulsestocontrol35BY48S03typesteppingmotorrunning.Intheprocessofliftingfrequency，wedesignedadataarea.themotorareaintheliftingprocessoffrequencychangingregularityaccordingtoindexcurvebythedatainthedata.Accordingtothecharacteristicsofthedatacanmakesomedatafordifferentsteppermotors，andwellwiththemotorfitcurve.Thismethodcanmakethemotorwithhighefficiencyoperation.KEYWORDS：steppermotor，microcontrollerunit，frequentmovements，step目录IV前言.................................................1第1章步进电机简介....................................2§1.1步进电机工作原理及分类................................3§1.2步进电机的各种指标术语................................4§1.2.1静态指标术语....................................4§1.2.2动态指标及术语..................................4§1.4单片机控制步进电机的升降频...........................6第2章步进电机控制系统硬件电路........................8§2.1单片机及其外围电路介绍...............................9§2.1.1CPU芯片........................................9§2.1.2控制键电路.....................................11§2.1.3步进电机驱动电路...............................12§2.2步进电机控制系统硬件电路图..........................13第3章步进电机控制系统软件设计.......................13§3.1步进电机控制系统应用流程图..........................13§3.1.1主流程图.......................................14§3.1.2升频流程图.....................................14§3.1.3降频流程图.....................................14§3.1.4走一步子程序流程图.............................16§3.2步进电机数据区设计...................................16§3.3程序源代码...........................................18结论................................................23参考文献..............................................24致谢................................................25附录1..............................................26附录2..............................................27外文材料译文.....................................281前言步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。上个世纪就出现了步进电动机，它是一种可以自由回转的电磁铁，动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么区别，也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。到了80年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。计算机则通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出电动机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。经过不断改良，今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。本文第一章介绍了步进电机的一些基本知识，包括步进电机的分类，各种技术指标和步进电机的驱动简介，确定电机型号，介绍了如何用单片机控制步进电机的升降频，说明了用软件控制步进电机的优越性。第二章确定硬件电路方案。介绍了单片机最小系统，键盘电路及步进电机驱动电路，给出了整体控制系统的硬件电路图。第三章给出了软件设计的程序流程图，升频和降频数据区设计方法和详细的程序设计。大多控制系统中的步进电机升降速控制一般不考虑电机及负载的个性统一采用慢速直线升频，这样不仅使电机的转矩性能不能够很好的发挥，而2且加长了步进电机的升降时间，降低了加工效率。本文采用软件控制的升降频方法，设置一数据区描述电机的升降曲线，利用数据区内容可以方便更改的特性，针对不同的电机和负载，调试出最适配的曲线。使步进电机在最短的时间内以较大的输出转矩升到设定的速度，从而提高加工效