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华东交通大学理工学院本科生毕业设计开题报告题目：基于单片机的步进电机控制系统设计分院：电气与信息工程分院专业：电气工程及其自动化班级：电牵2012-1学号：姓名：指导教师：胡保安填表日期：2016年3月4日1一、选题的依据及意义单片机应用技术迅速发展，在我们生活的各个领域，无论工业发展中还是现实生活中都离不开它，它是集CPU,RAM,ROM,定时，计数和多接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强大，广泛应用于只能产业和工业自动化上。51系列单片机是各种单片机中最具典型和最有代表性的一种。通过这次毕业设计可以让我们提升学习，设计，开发软硬件的能力。步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数—模转换元件。每当输入一个脉冲，它就相应的运行一步。步进电动机由此而得名。步进电动机的机理是基于最基本的电磁铁作用，其原始模型起源于1830年至1860年间。1870年前后开始以控制为目的尝试，应用于氢弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电动机。此后，在电话自动交换机中广泛使用了步进电动机。不久又在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中广泛使用。20世纪60年代后期，在步进电动机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电动机应用而生，而半导体技术的发展则推进了步进电动机在众多领域的应用。在近30年间，步进电动机迅速地发展并成熟起来。由于步进电机不需要位置传感器或速度传感器就可以实现定位，即使在开环状态下它的控制效果也是令人非常满意的，这有利于装置或设备的小型化和低成本，因此步进电机在计算机外围设备、数控机床和自动化生产线等领域中都得到了广泛的应用。综上所述随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。意义:（1）通过设计提高对单片机的认识，进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。（2）掌握单片机的接口技术和相关外围芯片的特性及控制方法；（3）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术；（4）掌握51单片机的原理，了解步进电机的工作原理，提高动手能力和排除故障的能力。通过本次设计与调试，调高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解步进电机控制系统中电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计各个单元电路。初步掌握步进电机控制系统的测试方法。二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。目前世界各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国已经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。近年来由于微型计算机方面的快速发展，使步进电机的控制发生了革命性变革。单片机的普及与应用，为步进电2机的应用开辟了广阔的前景，使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现，将会避免复杂电路的设设计，既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性、可靠性及多功能性。为了得到良好的控制性能，对步进电机的控制的研究就一直没有停止过，许多重大的技术得以实现。上世纪80年代以后，由于微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式变得更加灵活多样。单片机控制技术应用越来越广泛，其核心技术是单片机控制系统的设计。目前在工业控制、智能仪器仪表、办公室自动化、家用电器等诸多领域，到处都可见单片机的踪影，单片机技术开发应用水平已成为一个国家工业化发展水平的标志之一。三、本课题研究内容用单片机设计一个步进电机的控制系统。步进电机是一种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，他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。四、本课题研究方案本次设计选用AT89C5l作为步进电机的控制芯片．AT89C51的结构简单并可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上．使用方便等优点，而且完全兼容MCS5l系列单片机的所有功能。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FAlshProgrAmmABleAndErAsABleReAdOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案.为了高效控制步进电机的转动，因此需要将单片机发出的脉冲转化为步进角度，才能控制步进电机转动，我们在这里采用ULN2003为步进电机提供脉冲信号。ULN2003七NPN达林顿连接晶体管是低逻辑电平数字电路（如TTL,CMOS或PMOS/NMOS）和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机锤和其他类似负载间的接口的理想器件。广泛用于计算机，工业和消费类产品中。所有器件有集电极开路输出和用于瞬变抑制的续流箝位二极管。ULN2003的设计与标准TTL系列兼容。步进电机控制系统的软件需要同时完成读取键盘、处理键盘、控制步进电机转动、控制数码管动态显示等任务，这就必须通过中断技术来实现。在本设计中，主程序采用查询方式扫描键盘端口，检测按键动作是否发生，若有按键动作则处理键盘，根据按键值修改相应参数值，实现键盘的实时处理功能。定时器0中断服务程序控制步进电机的转动：根据当前显示的速度进行键盘手动改变T0定时时间常数，设置TH0和TL0的值，达到对转速精确控制的目的；根据转动方向控制位的值，控制脉冲信号循环移动的方向，达到对转动方向控制的目的。五、研究目标、主要特色及工作进度1、研究目标用单片机设计一个步进电机的控制系统。32、主要特色（1）开始通电时，步进电机停止转动。（2）单片机分别接有按键开关K1、K2和K3，用来控制步进电机的转向，按下K1时，步进电机正转，按下K2时，步进电机反转，按下K3时，步进电机停止转动。（3）正转采用1相激磁方式，反转采用1--2相激磁方式。3、工作进度文献阅读2016.01.01-2016.01.14完成开题报告2016.01.15-2016.03.06设计方案比较2016.03.07-2016.03.13系统设计分析2016.03.14-2016.04.03软件系统设计2016.04.04-2016.04.17软件调试2016.04.18-2016.04.22系统测试2016.04.23-2016.04.30六、参考文献[1]杨莉,魏萍.基于单片机控制的步进电机转速控制系统[J].南昌工程学院学报2005(6).[2]张家生.《电机原理与拖动基础》[M].北京：北京邮电大学出版社，2006.[3]马淑华，王凤文，张美金.《单片机原理与接口技术》[M].北京：北京邮电大学出版社，2007.[4]顾德英，张健，马淑华.《计算机控制技术》[M].北京：北京邮电大学出版社，2006.[5]华成英，童诗白.《模拟电子技术基础》[M].北京：高等教育出版社，2008[6]张靖武，周灵彬.《单片机系统的PROTEUS设计与仿真》[M].北京：电子工业出版社，2007[7]康晶.采用反馈控制的步进电机高低压驱动电路[J].电力电子技术,2003,37(1):61-62,65.[8]乔璐.,景林,韩英桃.一种实用的步进电动机驱动器设计[J].微特电机,2005，(10):29-31.[9]张巍.浅谈单片机控制步进电机[J].安防科技,2006，(3):25.[10]王秀和.永磁电机[M].北京:中国电力出版社,2007.[11]袁任光,张伟武.电动机控制电路选用与258实例[M].北京:机械工业出版社,2005.[12]王鸿钰.步进电机控制入门[M].上海:同济大学出版社,1990.[13]孙笑辉,韩曾晋.减少感应电动机直接转矩控制系统转矩脉动的方法[J].电气传动,2001，4(1):8-11.[14]韩利虎.浅谈步进电机的基本原理[J].内蒙古石油化工,InnerMongoliaPetrochemicalIndustry,2007，(11):109.[15]许惠民单片微型计算机原理、接口机应用北京邮电大学出版社2004七、指导老师意见该生参考了相关资料，明确了研究内容和目标，研究方案的比较合理到位，同意开题。胡保安2016年3月4号