毕业设计-基于C51单片机的步进电机控制系统设计

扬州大学本科毕业设计（论文）毕业设计用纸I摘要本设计中首先介绍了步进电机的工作原理、控制特点和运行状态，然后给出了步进电机的单片机控制系统的总体设计方案。在这个控制系统中，单片机选用AT89C51，其作为控制核心，担负着产生脉冲，发送、接受控制命令等任务；脉冲分配采用硬件方法，由8713接收到单片机的控制信号后产生相应的控制脉冲，避免了软件法在不停地产生脉冲时占用的时间；采用单电压驱动的方法驱动电机带动负载运行；利用键盘、显示专用芯片8279能够以较简单的硬件电路和较少的软件开销实现微型机与键盘和LED显示器接口。本设计最后详细介绍了硬件部分和软件部分的实现方法。关键词：单片机；步进电机；速度控制;ZLG7290;显示器扬州大学本科毕业设计（论文）毕业设计用纸IIAbstractThedesignintroducestheworkingprincipleofsteppermotor,controlfeaturesandoperations,andthengivesthesteppermotormicrocontrollercontrolsystemdesignprograms.Inthiscontrolsystem,theSCMselectingAT89C51,thecontrolcenteroftheshoulderproducespulses,sending,receivingcontrolcommandsandothertasks;pulsedistributionmethodusinghardwarefromthe8713chipcontrolsignalsreceivedresultingfromthecorrespondingcontrolpulse,toavoidsoftwaremethodtogeneratepulsesinconstanttimeoccupied;adoptasinglevoltage-drivenapproachdrivemotortodrivetheloadoperation;useofkeyboard,display8279canbededicatedtosimplehardwareandlesssoftwareoverheadtoachievekeyboardandLEDdisplayinterface.Finallyintroducethehardwareandsoftwareimplementationmethodsindetail.Keywords:SCM;steppermotor;speedcontrol；ZLG7290;display；扬州大学本科毕业设计（论文）毕业设计用纸III目录摘要.......................................................IAbstract....................................................II第一章绪论.................................................11.1步进电机概述..........................................11.2课题研究的主要内容....................................21.2.1研究内容........................................21.2.2论文安排........................................2第二章步进电机控制系统设计方案...............................32.1步进电机的系统........................................32.2步进电机的失步现象....................................52.3步进电机控制系统的组成................................62.4系统的控制过程........................................7第三章步进电机控制系统硬件部分..............................93.1硬件电路图............................................93.2采用51系列单片机AT89C51作为控制器..................103.2.1AT89C51的主要性能.............................103.2.2AT89C51引脚功能说明...........................103.3步进电机的驱动电路...................................153.4LED显示电路.........................................163.4.1LED显示器的结构原理...........................163.4.2LED显示接口...................................183.5可编程键盘/显示控制器ZLG7290电路工作原理............193.5.1ZLG7290概述...................................193.5.2管脚、引线与功能...............................213.5.3ZLG7290键盘、显示接口电路设计................243.6脉冲分配.............................................26第四章步进电机控制系统软件部分.............................304.1定时器中断服务.......................................304.1.1定时器初值.....................................304.1.2定时器中断服务子程序...........................314.2速度控制............................................31第五章总结.................................................35扬州大学本科毕业设计（论文）毕业设计用纸IV致谢........................................................36参考文献....................................................37附录........................................................38扬州大学本科毕业设计（论文）毕业设计用纸1第一章绪论本章将简要介绍步进电机的发展过程、步进电机在日常生活中的广泛应用、步进电机作为数字控制电动机的主要特点以及本次研究的主要内容和论文安排。1.1步进电机概述步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、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。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。步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。因此非常适合于单片机控制。步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有累积误差的特点，广泛应用于各种开环扬州大学本科毕业设计（论文）毕业设计用纸2控制。步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。步进电机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面比传统的闭环控制直流伺服电动机有较好的性能。1.2课题研究的主要内容1.2.1研究内容本设计以实现基于单片机的步进电机控制为主要目标，主要内容有：1.了解步进电机的结构及工作原理；2.了解步进电机的控制方法；3．选择、设计控制系统所需的控制电路，设计控制系统；控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、ZLG7290芯片等组成，ZLG7290芯片能自动完成对显示的刷新，同时还可以对键盘自动扫描，识别闭合键的键号，使用非常方便。4．绘制系统原理图、方框图和线路图等。1.2.2论文安排1.原理部分：第一章和第二章主要介绍了步进电机的特点，结构和工作原理以及步进电机的控制特点和运行状态。2.硬件电路部分：第三章详细介绍了系统的控制核心AT89C51单片机，驱动电路，显示电路和ZLG7290芯片。扬州大学本科毕业设计（论文）毕业设计用纸3第二章步进电机控制系统设计方案2.1步进电机的系统2.1,1步进电动机的定义步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。2.1,2步进电动机的结构分类一般说来步进电动机可分为三大类：反应式步进电动机、永磁式步进电动机和混合式步进电动机。反应式步进电动机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。它的结构简单，成本低，步距角可以做得很小，但动态性能较差。永磁式步进电动机的转子使用永磁材料制成的，转子本身就是一个磁源。它的输出转矩大，动态性能好。转子的极数和定子的极数相同，所以步距角一般很大。需要供给正负脉冲信号。反应式步进电动机的性价比比较高，应用得非常广泛，下面就以反应式步进电动机为例来说明步进电动机的结构和工作原理。图2-1三相反应式步进电动机结构图扬州大学本科毕业设计（论文）毕业设计用纸4如图2-1是一个三相反应式步进电动机结构图。从图中可以看出，它分成转子和定子两部分。定子上有六个磁极（大极），每两个相对的磁极（N、S极）组成一对，共有三对2,1.3步进电动机的工作方式对于三相步进电动机，其工作方式如下：1、单三拍工作方式正转：ABCA反转：ACBA其中“单”指的是每次对一相通电；“三拍”指的是磁场旋转一周需要换相3次，这时转子转动一个齿距角。如果对多相步进电动机来说，每次只对一相通电，要使磁场旋转一周就需要多拍。2、双三拍工作方式正转：ABBCCAAB反转：BAACCBBA双三拍工作方式是：每次对两相通电，即所谓“双”；磁场旋转一周需要换相3次，即所谓“三拍”，转子转动一个齿距角。3、三相六拍工作方式正转：AABBBCCCA反转：AACCCBBBA六拍工作方式是单三拍与双三拍交替使用的一种方法，磁场旋转一周，通电需要换相6次，即所谓“六拍”，转