河北xxxxxx学院
课程设计说明
书
题目：步进电机控制系统
学院（系）：
年级专业：
学号：
学生姓名：
同组学生：
指导教师：
步进电机控制系统
设计者：xxxxx
指导老师：xxxx
1摘要：
由于步进电机自身的特点、不需要位置、速度等信号反馈，只需要脉冲发生器产生足够的脉冲数和合适的脉冲频率，就可以控制步进电机移动的距离和速度。步进电机的运转方向的控制为输入电机各绕组的通电顺序。例如，一个三相步进电机的通电顺序为：a—ab—b—bc—c—ca—a--.....，此时点击正转，若通电顺序改为：a—ac—c—cb—b—ba—a--.....时点击反转。既可以通过改变环形分配器的脉冲输出顺序，也可以通过编程改变输出脉冲的顺序，来改变输入到各绕组的通电顺序，达到控制电击方向的目的。
关键词：步进电机 PLC 步进电机驱动器
引言步进电机是一种常用的电气执行原件，一种多相或单相同步点击，在数控机床、包装机械等自动控制及检测仪表等方面得到广泛运用。随着plc的不短发展。其功能越来越强大，除了有简单的逻辑功能和顺序控制外，运算功能的加入、pid和各类高速指令、使得plc对复杂和特殊系统的控制应用更加广泛。Plc与数控技术的结合产生了各种不同类型的数控设备。
2 任务与要求
(1) 了解步进电机的原理
(2) 熟练使用PLC控制步进电机，了解步进电机驱动器原理
3 装置原理介绍
3.1控制系统功能框图
在步进电机控制系统中，首先控制步进电机使之稳步启动，然后高速运动，接近制定位置时，减速之后低速运动一段时间，在准确地停在预定的位置上，最后步进电机停留2s后，按照前进时的加速—高速—减速—低速的步骤返回到起始点，其运动状态转换过程平稳，其功能框图如图3.1所以，其简单工作过程如图3.2所示。
由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程，如果在启动时突然加载高频脉冲，电机会产生啸叫、失步甚至不能启动，在停止阶段也是这样，当高频脉冲突然降到零时，电机会产生啸叫和振动，所以在启动和停止时，都必须有一个加速和减速过程。
3.2步进电机控制系统硬件设计
由于步进电机的硬件结构特性，所以对输入的脉冲的频率有所限制，对于低频的脉冲输出时，plc可以利用定时器来完成。若要求步进电机的速度较快时，就需要用plc的高速脉冲输出指令，这时就需要在程序中设置相应的步骤来完成对步进电机的控制。
3.21 组建器材
（1）主机plc 根据系统的控制要求，采用三菱FX系统系列的plc作为控制器。（2）限位开关此系统中共用了两个限位开关：左限位开关和右限位开关。这两个限位开关的作用是控制物体的位置，防止物体超出合理的工作范围。
（3）步进电机步进电机是该系统的执行机构
（4）步进电机驱动器步进电机必须使用专用的电机驱动器才能正常工作。Pulse是脉冲的输入端口，每个脉冲的上升沿使电机转动一步；DIR是方向信号，用于控制电机的正、反转：低电平时，顺时针旋转；高电平时，逆时针旋转。
在控制系统中用plc来产生脉冲，输出一定数量的脉冲来控制步进电机的位移，控制脉冲的频率来控制步进电机的速度，步进电机驱动器将接收的脉冲进行分配，按照一定的通电顺序供给绕组。
根据以上分析，将plc的I/O分配如表3.3
综上所述，根据硬件框图及I/O分配表，设计出该系统的硬件连线图。如图3.4
3.3 步进电机控制系统软件设计
根据系统的控制要求，设计如图3.5所示的控制流程图，这个程序分为3个部分：主程序、子程序、中断程序。
由于不仅电机的启动频率不能太高，所以编程时采用先低频启动，然后升频到高频快速运动，到接近停止位置时，先降频低速运行，到最后设置位置停止，其脉冲频率特性如图3.6
根据图3.6所示的流程图，编写梯形图程序如图3.7所示。3.7（a）所示为控制过程的主程序。主程序完成的主要功能有：在通电的开始，先讲输出口Y0初始化置零；设定电机的转动方向；调用子程序完成步进电机的前行和返回控制；电机的启动和停止（请确认）控制。图3.7（b）所示的梯形图程序为控制程序的子程序，主要完成高速脉冲串输出的参数及网络表设置。图3.7（c）所示的梯形图程序的中断子程序，主要完成一个2s的定时功能。
与图3.7（a）所示梯形图（lad）主程序所对应的语句表（stl）程序如下：
LD X0
RST Y0 //上电的第一个扫描周期对Y0复位
LD X000
OR M0
ANI T1
OUT MO //控制电机前进和返回
LD M0
OUT Y2 //Y2为高时，正转
CALL P10 //调用子程序，设置输出脉冲段
EI
LD M4 //开启中断，脉冲输出完毕后产生中断
AND T1
OUT Y0
CALL P10 //定时到，对Y0复位，调用子程序
LD Y0
ANI T2
OR M2
OUT M2
LD X004
AND M2
OUT M3
CALL P10
LD X005
AND M3
ANI T2
OUT M4
CALL P10
LD X001
OR XOO2
OR X003
OR X004
OR X005
OR M1
OUT M1 //停止和限位控制
END
与图3.7（b）所示梯形图（lad）子程序所对应的语句表（stl）程序如下
LD X1
ANI X002
MOV 16#A5,D0 //写控制字节到特殊寄存器：允许脉冲输出，
//输出，允许更新PTO的周期值和脉冲数，时间基准μs MOV 200,D1 //装入包网表首地址
MOV 4,VB200 //控制过程分4段
MOV 3000,VW201 //启动脉冲频率3000hz
MOV -10,VW203 //周期增量为-10，即每产生一个脉冲，其周期减少10μs，
//该段为加速段
MOV 200,VD205 //脉冲数为200
MOV 1000,VW209 //高速脉冲周期为1000μs
MOV 0,WV211 //该周期增量为0，及为高速脉冲输出
MOV 1000,VD213 //脉冲个数为1000
MOV 1000,VD217 //减速脉冲的起始周期为2500hz
MOV +20,VW219 //周期增量为20，及每产生一个脉冲，其周期增加20μs
//该段为减速段
MOV 100,VD221 //脉冲个数为100
MOV 3000,VW225 //此阶段起始频率为500hz
MOV 0,VW227 //周期增量为0，即为低速脉冲输出
MOV 100,VD229 //脉冲个数为100
PLS 0 //启动脉冲，由Q0.0输出
上电之后首先对输出口进行初始化，然后接下来启动按钮SB0，市Q0.2输出高电平，控制步进电机的驱动器使步进电机正转，并且调用PTO子程序。在子程序中，将各种控制字及参数写入相应的存储器中，把脉冲控制分为4个阶段：变频升速阶段；高频高速阶段；变频减速阶段；低频低速阶段。频率从低到高，电机处于升速阶段，由开始的1000hz到高速阶段的2500hz，均没有超过步进电机的额定数值，这样电机不会出现失步，使定位比较准确。即将达到预设位置时，电机减速运行，频率由2500hz降到500hz之后，低速运行100步到达停车位置停车。脉冲输出完毕后，产生一个中断。在中断子程序中，有一个定时器，中断产生后触发定时器开始定时，2s后定时时间到，T37常闭触电断开，使Q0.2的输出电平为低，他的常开出点闭合，再次对Q0.1进行复位操作，然后调用子程序，并且将脉冲输出中断关闭，这样就使步进电机返回原位之后不会再次自行启动。返回过程与前进工程一样，都是先加速接着高速运行，然后减速、低速运行直到原点停止。运行过程中，在任何时候按下
停止按钮都可以使电机停止，停止按钮的中间继电器触电接在子程序中，因为Q0.0点断开，使得脉冲输出终止，不输出脉冲信号，这样就能使电机停止运行。
4 总结与心得体会
控制器采用触摸屏和PLC来实现,缩短了开发周期，提高了运行的可靠性，尤其适合此类要求工程周期短，可靠性高，批量小的设备开发。另外，软件的灵活性还有利于设备的改造和升级。
回顾起此次程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整两星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说三极管PNP管脚不懂怎么放置，不懂分得二极管的正负极，对单片机汇编语言掌握得不好……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
参考文献
戴仙金《西门子s7-200系列plc应用与开发》中国水利水电出版社 2007 140-148 郁汉琪《电气控制与可编程控制器应用技术》东南大学出版社 2009 105-109
徐铁《PLC应用技术》中国劳动社会保障出版社 2007 113-123
Stepping motor control system
Designer:xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Teacher guide:xxxxxxxxxxxxxxxx
Introduction
Because of its characteristics of stepping motor, need not position, velocity, etc, only need feedback signal pulse generator produces enough pulse count and appropriate pulse frequency, it can control the stepping motor moving distance and velocity.Stepping motor running direction control for each input motor winding electrify sequence. For example, a three-phase stepping motor electrify order: a -- -- -- -- -- b ab BC - ca - a c --... And now, if you click is plugged into a sequence of ac - c -- -- -- -- -- -- ba cb b vitamin --... Click when reversal. Through changing the annular allocator pulse output sequence, also can change the output pulse through programming, to change the sequence of the input to the winding, in order to control energized electrical direction.
Keywords: stepper motor PLC stepping motor driver
目录 目录 (1) 摘要 (1) 设计任务 (2) 第一章步进电机概述 (2) 1.1 步进电机的组成： (2) 1.2 步进电机旋转原理： (2) 1.3 步进电机的技术参数与控制： (3) 第二章设计方案论证 (5) 第三章硬件电路的设计 (5) 3.1 系统设计框图 (5) 3.2 系统复位电路 (5) 3.3时钟电路 (6) 3.4电机驱动电路 (7) 3.5正反转及速度检测电路 (8) 第四章设计心得 (8) 参考文献 (8) 附录A 程序清单 (9) 附录B元器件清单 (10) 附录C原理图 (11) 附录D PCB图 (12) 摘要
本次课程设计我们组主要是设计了一个可以控制正反转，速度8级可控的步进电机控制电路。采用拨码开关对正反转和速度进行设置，将设置好的信号发送给单片机，对单片机进行编程，就可以使单片机发出控制信号去驱动步进电机转动，但是由于单片机的驱动电流太小，因此我们在单片机和步进电机之间接了两级驱动电路。为了使步进电机速度变快，我们在设计时还在步进电机前加了加速电阻和泻放二级管。 关键词：单片机步进电机速度控制方向控制 设计任务 1、设计一个能实现正反转的步进电机控制电路； 2、设计一个能实现正反转和速度可控制的步进电机控制电路； 3、设计一个能实现正反转和8级速度可控的步进电机控制电路。 第一章步进电机概述 1.1 步进电机的组成： 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，电机则转过一个步进角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。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。 以四相步进电机为例，电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有四个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/4て、1/2て、3/4て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/4て，C与齿3向右错开1/2て，D与齿4向右错开3/4て。 1.2 步进电机旋转原理： 如A相通电，B，C，D相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如B相通电，A，C，D相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/4て，此时齿3与C偏移为1/4て，齿4与A偏移（て-1/4て）=1/2て。
步进电机控制系统课程设计 一、 3 1. 系统设计摘要 (3) 2. 系统设计概要 (3) （1）设计目的 (3) （2）设计内容 (3) （3）工作原理 (3) I.步进电机工作原理 II.设计工作原理 二、 (5) 1总体设计.......................................... 5 2．系统控制电路 (5) 三、.......................................... 8 1总体设计.......................................... 8 （1）设计思想.......................................... 8 （2）系统总体流程图.................................... 9 2关键模块设计. (10) 1开关控制流程图.................................... 10 2通电方式流程图 (11) (12) (13) (16) 1.
步进电动机是机电数字控制系统中常用的控制元件之一。由于其精 度高，体积小，控制方便灵活，因此在智能仪表和位置中得到了广泛应 用。如在绘图机，打印机及光学仪器中，都采用了步进电机。 步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲 转化为角位移，通俗地说：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（及步进角）。通过控制 脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控 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 进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机,其步 距角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例;它 易于实现与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。本设计 通过一种设计方案，包括硬件的介绍和组建、硬件原理图和软件流程图 的设计、源程序的编写等，介绍一种基于单片机的步进电机运行控制系 统。 2. a. 了解步进电机的基本结构和工作原理； b. 了解步进电机的的基本控制原理； c. 掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法； d. 熟悉步进电机驱动程序的设计与调试并使用仿真软件进行调试； e. 掌握控制步进电机的步数、转向、启停等功能的程序设计方法； f . 提高单片机应用系统设计和调试水平。 设计一个单片机控制三相步进电机控制系统，系统具有如下功能： a. 电机启停由K3键控制，方向控制由K4控制； b. 通电方式选择由K0-K2键决定，K0为单三拍，K1为双三拍，
课程设计任务书 分院信息科学与工程学院专业自动化 学生姓名学号 设计题目步进电动机的控制 内容及要求： 1.在步进电机单元完成本课设； 2.使用接通延时定时器（TON）完成本次试验； 3.进行I/O分配； 4.设计I/O接线图； 5.完成试验的调试。 进度及安排： 1．熟悉步进电机单元（2天）； 2. 根据步进电机单元分配I/O接口并进行设计（1天）； 3. 按照课程设计要求利用接通延时定时器（TON）设计梯形图，完成设计的要求 实现对步进电机的控制（1天）。 4. 编写设计说明书，完成设计书（2天）。 指导教师（签字）： 年月日分院院长（签字）： 年月日
摘要 步进电机是一种控制精度极高的电机，一种基于脉冲控制的电气元件在工业上有着广泛的应用。随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。论文在简要介绍步进电机的工作原理和控制原则之后,对采用可编程控制器（PLC）对步进电机进行控制的设计方法进行了介绍。实际应用表明了设计的有效性。 本次课程设计根据传统步进电机控制中的不足和缺点,将PLC直接控制技术运用于步进电机的控制。该系统解决了传统控制技术中的各部分硬件的设计、选型、接口匹配往往要花费设计者一很大的精力和劳动,接口信号的匹配以及各器件的质量等对整个系统的可靠性影响很大等缺点。根据PLC控制步进电机的控制特点及其原理,把软件控制和硬件电路互相结合起来,形成整体的控制,有效的克服了它们的缺点而发挥了它们的优势。本文详细阐述了该系统中PLC(西门子)直接控制步进电机的实现方法、系统的各部件的组成、各部件的连接情况。 本文主要介绍了西门子S7-200在步进电机控制方面的应用。 关键词：步进电机；可编程逻辑控制器（PLC）；西门子S7-200
单片机课程设计单片机控制步进电机单片机课程设计：单片机控制步进电机 单片机（Microcontroller）是一种集成了中央处理器、存储器和输入/输出接口的微型计算机。而步进电机（Stepper Motor）是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的电磁设备。在单片机课程设计中，控制步进电机是一项常见的任务。本文将介绍如何使用单片机来控制步进电机，并展示一个基于单片机的课程设计实例。 一、步进电机的原理及特点 步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械位移的设备，其主要特点包括精密定位、易控制、低成本、没有超额负荷等。步进电机通常由定子和转子组成，定子上的绕组通电产生磁场，而通过改变绕组通电的顺序和时序，可以实现步进电机的运动控制。 二、单片机控制步进电机的原理 为了实现对步进电机的控制，我们需要使用单片机来产生相应的控制信号。步进电机通常由一个驱动器和若干相继续组成。单片机通过发出适当的信号给驱动器，进而控制电机的运动。具体而言，单片机需要控制步进电机的相序、步数和速度。 1. 步进电机的相序控制
步进电机的相序控制是通过依次激活不同相继的绕组，实现转子的转动。单片机通过输出对应的高低电平信号给驱动器，从而控制绕组的激活顺序。常见的步进电机驱动方式包括全步进和半步进。 2. 步进电机的步数控制 步进电机的步数控制是通过控制单片机输出的脉冲数，来实现电机的旋转角度。根据电机的分辨率和精度需求，我们可以设定单片机输出的脉冲数，从而控制电机的步进角度。 3. 步进电机的速度控制 步进电机的速度控制是通过调节单片机输出脉冲信号的频率来实现的。频率越高，电机转动的速度越快；频率越低，则电机转动的速度越慢。单片机可以通过定时器等方式产生相应的脉冲频率来控制步进电机的转速。 三、基于单片机的步进电机控制课程设计实例 下面将展示一个基于单片机的步进电机控制课程设计实例，该设计基于C语言编程，使用Keil软件进行开发。 设计要求： 设计一个步进电机控制系统，使步进电机以设定的转速顺时针旋转一定圈数，并能逆时针旋转一定圈数。 设计步骤： 1. 硬件连接：将单片机与驱动器、步进电机进行正确的连接。
目录 基于单片机的步进电机控制系统设计任务书 (2) 一.基于单片机的步进电机控制系统设计 (6) 摘要 (6) 1.1课程设计目的 (6) 1.2 课程设计说明 (6) 1.3 步进电机的变频调速 (7) 1.4系统软硬件协同设计 (8) 1.5应用实例 (10) 二.单片机的电机驱动接口电路设计 (18) 1.1 .软件设计 (18) 三.单片机对电机转向、转速的控制 (18) 四.单片机对步进电机的正、反转控制 (18) 五.利用单片机实现对步进电机的运动控制 (21) 1 引言 (21) 2系统总体结构设计 (21) 3 系统硬件电路设计 (22) 六.结束语 (30)
1．基于单片机的步进电机控制系统设计 摘要：本文应用单片机、步进电机驱动芯片、字符型LCD和键盘阵列，构建了集步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。二维工作台作为被控对象通过步进电机驱动滚珠丝杆在X/Y轴方向联动。文中讨论了一种以最少参数确定一条圆弧轨迹的插补方法和步进电机变频调速的方法。步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法，可以有效地减少系统开发的周期和成本。最后给出了步进电机控制系统的应用实例。 关键词: 步进电机控制系统，插补算法，变频调速，软硬件协同仿真 1.1 课程设计目的 1、熟悉和掌握单片机的结构和工作原理。 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、掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术，了解有关电路参数的计算方法。 4、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。 5、通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，为今后从事相关工作打下基础。 1.2 课程设计说明 (1) 作为一种数字伺服执行元件，步进电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制 性能好等优点，广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。为了实现步进 电机的简易运动控制，一般以单片机作为控制系统的微处理器，通过步进电机专用 驱动芯片实现步进电机的速度和位置定位控制。 (2) 圆弧插补改进算法 逐点比较插补算法因其算法简单、易实现且最大误差不超过一个脉冲当量，在步进 电机的位置控制中应用的相当广泛[1>。圆弧插补中，为了确定一条圆弧的轨迹，可采用：给出圆心坐标、起点坐标和终点坐标;给出半径、起点和终点坐标;给出圆弧 的三点坐标等。在算法实现时这些参数若要存放在单片机内部资源有限的数据存储 器（RAM）中，如果要经过复杂的运算才能确定一段圆弧，不但给微处理器带来负担，而且要经过多步运算，往往会影响到算法的精确度。因此选取一种简单且精确 度高的插补算法是非常必要的。本文提出了一种改进算法：在圆弧插补中，无论圆 弧在任何位置，是顺圆或是逆圆，都以此圆弧的圆心作为原点来确定其他坐标。因
课程设计说明 书 题目：步进电机控制系统 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 同组学生： 指导教师：
步进电机控制系统 设计者：xxxxx 指导老师：xxxx 1摘要： 由于步进电机自身的特点、不需要位置、速度等信号反馈，只需要脉冲发生器产生足够的脉冲数和合适的脉冲频率，就可以控制步进电机移动的距离和速度。步进电机的运转方向的控制为输入电机各绕组的通电顺序。例如，一个三相步进电机的通电顺序为：a—ab—b—bc—c—ca—a--.....，此时点击正转，若通电顺序改为：a—ac—c—cb—b—ba—a--.....时点击反转。既可以通过改变环形分配器的脉冲输出顺序，也可以通过编程改变输出脉冲的顺序，来改变输入到各绕组的通电顺序，达到控制电击方向的目的。 关键词：步进电机 PLC 步进电机驱动器 引言步进电机是一种常用的电气执行原件，一种多相或单相同步点击，在数控机床、包装机械等自动控制及检测仪表等方面得到广泛运用。随着plc的不短发展。其功能越来越强大，除了有简单的逻辑功能和顺序控制外，运算功能的加入、pid和各类高速指令、使得plc对复杂和特殊系统的控制应用更加广泛。Plc与数控技术的结合产生了各种不同类型的数控设备。 2 任务与要求 (1) 了解步进电机的原理 (2) 熟练使用PLC控制步进电机，了解步进电机驱动器原理 3 装置原理介绍 3.1控制系统功能框图 在步进电机控制系统中，首先控制步进电机使之稳步启动，然后高速运动，接近制定位置时，减速之后低速运动一段时间，在准确地停在预定的位置上，最后步进电机停留2s后，按照前进时的加速—高速—减速—低速的步骤返回到起始点，其运动状态转换过程平稳，其功能框图如图3.1所以，其简单工作过程如图3.2所示。 由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程，如果在启动时突然加载高频脉冲，电机会产生啸叫、失步甚至不能启动，在停止阶段也是这样，当高频脉冲突然降到零时，电机会产生啸叫和振动，所以在启动和停止时，都必须有一个加速和减速过程。 3.2步进电机控制系统硬件设计 由于步进电机的硬件结构特性，所以对输入的脉冲的频率有所限制，对于低频的脉冲输出时，plc可以利用定时器来完成。若要求步进电机的速度较快时，就需要用plc的高速脉冲输出指令，这时就需要在程序中设置相应的步骤来完成对步进电机的控制。 3.21 组建器材 （1）主机plc 根据系统的控制要求，采用三菱FX系统系列的plc作为控制器。（2）限位开关此系统中共用了两个限位开关：左限位开关和右限位开关。这两个限位开关的作用是控制物体的位置，防止物体超出合理的工作范围。 （3）步进电机步进电机是该系统的执行机构
河北xxxxxx学院 课程设计说明 书 题目：步进电机控制系统 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 同组学生： 指导教师：
步进电机控制系统 设计者：xxxxx 指导老师：xxxx 1摘要： 由于步进电机自身的特点、不需要位置、速度等信号反馈，只需要脉冲发生器产生足够的脉冲数和合适的脉冲频率，就可以控制步进电机移动的距离和速度。步进电机的运转方向的控制为输入电机各绕组的通电顺序。例如，一个三相步进电机的通电顺序为：a—ab—b—bc—c—ca—a--.....，此时点击正转，若通电顺序改为：a—ac—c—cb—b—ba—a--.....时点击反转。既可以通过改变环形分配器的脉冲输出顺序，也可以通过编程改变输出脉冲的顺序，来改变输入到各绕组的通电顺序，达到控制电击方向的目的。 关键词：步进电机 PLC 步进电机驱动器 引言步进电机是一种常用的电气执行原件，一种多相或单相同步点击，在数控机床、包装机械等自动控制及检测仪表等方面得到广泛运用。随着plc的不短发展。其功能越来越强大，除了有简单的逻辑功能和顺序控制外，运算功能的加入、pid和各类高速指令、使得plc对复杂和特殊系统的控制应用更加广泛。Plc与数控技术的结合产生了各种不同类型的数控设备。 2 任务与要求 (1) 了解步进电机的原理 (2) 熟练使用PLC控制步进电机，了解步进电机驱动器原理 3 装置原理介绍 3.1控制系统功能框图 在步进电机控制系统中，首先控制步进电机使之稳步启动，然后高速运动，接近制定位置时，减速之后低速运动一段时间，在准确地停在预定的位置上，最后步进电机停留2s后，按照前进时的加速—高速—减速—低速的步骤返回到起始点，其运动状态转换过程平稳，其功能框图如图3.1所以，其简单工作过程如图3.2所示。 由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程，如果在启动时突然加载高频脉冲，电机会产生啸叫、失步甚至不能启动，在停止阶段也是这样，当高频脉冲突然降到零时，电机会产生啸叫和振动，所以在启动和停止时，都必须有一个加速和减速过程。 3.2步进电机控制系统硬件设计 由于步进电机的硬件结构特性，所以对输入的脉冲的频率有所限制，对于低频的脉冲输出时，plc可以利用定时器来完成。若要求步进电机的速度较快时，就需要用plc的高速脉冲输出指令，这时就需要在程序中设置相应的步骤来完成对步进电机的控制。 3.21 组建器材 （1）主机plc 根据系统的控制要求，采用三菱FX系统系列的plc作为控制器。（2）限位开关此系统中共用了两个限位开关：左限位开关和右限位开关。这两个限位开关的作用是控制物体的位置，防止物体超出合理的工作范围。 （3）步进电机步进电机是该系统的执行机构
课程设计报告书 题目: 基于stm32的步进电机控制系统 课程：嵌入式系统课程设计 专业：电子信息科学与技术 2016年 4 月 15 日
课程设计任务书
信息工程学院课程设计成绩评定表
摘要 本文的主要工作是基于STM32步进电机控制系统的设计。随着越来越多的高科技产品逐渐融入了日常生活中，步进电机控制系统发生了巨大的变化。单片机、C语言等前沿学科的技术的日趋成熟与实用化，使得步进电机的控制系统有了新的的研究方向与意义。本文描述了一个由STM32微处理器、步进电机、LCD显示器、键盘等模块构成的，提供基于STM32的PWM细分技术的步进电机控制系统。该系统采用STM32微处理器为核心，在MDK的环境下进行编程，根据键盘的输入，使STM32产生周期性PWM信号，用此信号对步进电机的速度及转动方向进行控制，并且通过LCD显示出数据。结果表明该系统具有结构简单、工作可靠、精度高等特点. 关键词：STM32微处理器；步进电机；LCD显示；PWM信号； 目录 1 任务提出与方案论证 (5) 1.1 任务提出 (5) 1.2 方案论证 (5) 2 总体设计 (6) 2．1系统的硬件设计 (6) 2.2控制系统软件设计 (6) 3 详细设计及仿真 (8) 3.1设计主要程序部分 (8) 3.2调试与仿真 (9) 4 总结 (10) 5 实物图和仿真图 (11)
1 任务提出与方案论证 步进电机控制系统的整个设计中最重要的部分是利用PWM细分实现步进电机调速的处理，虽然PWM调速很早就开始研究应用，但如何用PWM细分调速的快速性和准确性至今仍是生产和科研的课题。随着微电子技术的发展与普及，更多高性能的单片机应用使得PWM细分实现步进电机PWM调速的快速性和准确性都有了极大的提高。 1.1 任务提出 总体方案根据课题要求，本设计采用STM32cortex-M3处理器，由SPGT62C19B 电机控制模块作为直流电机的驱动芯片，由ADC输入电位器产生调速命令，用TFT彩色LCD作为显示模块。 1.2 方案论证 步进电机控制系统硬件方案 本系统主要由一块STM32平台、SPGT62C19B型步进电机驱动模块构成，以STM32为核心，包括电机驱动、电机、A/D转换、LCD显示等模块。系统的结构框图如图 2.1所示。 STM32作为主控芯片，通过I/O端口来控制SPGT62C19B型步进电机驱动芯片，从而实现对步进电机的控制。通过ADC输入电位器产生调速命令反馈给STM32，STM32调节SPGT62C19B型步进电机驱动模块的状态，从而使电机改变转速和方向。同时，电机转速可由彩色液晶LCD显示出来，用ADC输入电位器来对步进电机的转动方向和转速等进行设定。 步进电机控制系统软件方案 硬件功能的实现离不开软件的设计与完成。软件设计是步进电机控制系统设计中最重要、最关键的部分，也是本次毕业设计的难点之处。由于本系统使用STM32平台，运用Keil for ARM开发环境，在Keil u Vision软件平台进行开发。本课题软件设计的思想主要是自顶向下，模块化设计，逐一设计各个子模块，分别进行调试，最后的连调整个程序，判断是否达到预期的要求，做出结论。各个部分函数都可相互调用又相对独立可调，保证调试的便利与程序的可读性。
目录 一、设计目的 (3) 二、设计要求 (3) 三、仪器设备 (3) 四、硬件线路图及主要芯片说明 (3) 1.系统所使用的开发板上的区域 (3) 2.系统硬件电路图 (3) 3.系统所用主要芯片说明 (4) 3.1 STC89C52RC芯片介绍 (4) 3.2 ULN2003A芯片介绍 (4) 3.3LCD1602液晶介绍 (4) 五、系统工作原理 (5) 1.步进电机介绍 (5) 2.控制原理基本框图 (5) 六、程序框图 (6) 七、程序清单 (7) 八、设计体会 (12) 九、参考文献 (12) 一、设计目的 通过具体小型测试系统设计，实践单片机系统设计及调试的全过程，以加深对单片机内部结构、功能和指令系统的理解，并进一步学习单片机开发系统的应用及一些外围芯片的接口和编程方法，初步掌握单片机系统的硬、软件设计技术及调试技巧。 了解步进电机的构造、驱动、工作原理以及步进电机的一些指标术语，掌握步进电机的转动控制方式和调速方法。 加深对单片机开发试验仪各部分功能的了解与使用，方便对以后的设计进行开发、编程与调试。 熟练C语言以及函数、中断的使用。 二、设计要求 1)电机转速可以平稳控制 2)通过键盘可以选择电机的转动方式 3)通过键盘可以设置电机的转速 4)显示器可以显示步进电机的运行状况 1.系统所使用的开发板上的区域
步进电机实验区上面有一个四相步进电机及其驱动芯片，用户可以在上面进行步进电机控制的相关实验。步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移实现电机转动。 键盘实验区的按键控制步进电机的启动/停止，正/反转，加/减速，本设计采用单键控制启停、单键控制正反转以及两个按键分别控制加减速。 用STC89C52RC单片机实现控制整个步进电机系统的启动/停止，正/反转，加/减速以及驱动LCD1602显示步进电机的运行状况。 2.系统硬件电路图 步进电机运动系统的硬件电路图（用Proteus绘制）如下图所示： 3.系统所用主要芯片说明 3.1 STC89C52RC芯片介绍 STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。 3.2 ULN2003A芯片介绍 本设计采用ULN2003A作为步进电机的驱动芯片，ULN2003A电路具有以下特点： ●电流增益高（大于1000） ●带负载能力强（输出电流大于500mA） ●温度范围宽（-40℃—85℃） ●工作电压高（大于50V） 3.3 LCD1602液晶介绍
目录 一、任务与要求 (3) 二、设计方案 (3) 三、硬件设计原理 (4) 四、软件设计 (7) 五、调试 (9) 六、收获和体会 (9) 七、参考文献 (9)
步进电机转速实时控制 一、任务与要求 步进电机转速实时控制要求控制步进电机正转、反转，以及对步进电机的转速进行实时控制。 1，用8086处理器和可编程并行接口芯片8255组成控制系统，掌握步进电机与8255的接口电路原理； 2，理解步进电机正、反转工作原理和转速控制原理 3，能编制出步进电机正、反转运行程序（以3种不同速度）；低速正转和高速反转程序，并写出较完整的设计程序 二、设计方案 根据课题要求，用8086处理器和可编程并行接口芯片8255组成控制系统，控制步进电机正转、反转以及转速控制，步进电机不能直接由8255驱动，而需要用相应的驱动芯片，因此，控制系统直接控制电机驱动即可控制步进电机。 设计流程图如下：
三、硬件原理与设计 1、 系统硬件子系统的构成： 本设计采用的步进电机为35BYJ46型四相八拍电机，电压为DC12V ，其励磁线圈及其励磁顺序如下图及下表所示： 2、步进电机工作原理以及与8255接口的关系：
3 、工作原理： 四相步进电机示意图见下左图，转子由一个永久磁铁构成，定子分别由4组绕组构成 当S1连通电源后，定子磁场将产生一个靠近转子为N极，远离转子为S极才磁场，这样的定子磁场和转子的固有磁场发生作用，转子就会转动，正确地S1、S4的送电次序，就能控制转子旋转的方向。
例如：若送电的顺序为S1闭合断开S2闭合断开S3闭合断开S4闭合断开，周而复始的循环，在定子和转子共同作用下，电机就瞬时针旋转： 若送电的顺序为S4闭合断开S3闭合断开S2闭合断开S1闭合断开，周而复始的循环，则电机就逆时针旋转，原理同理。 8255A向步进电机发出的控制脉冲 4、8255工作方式选择： 8255有三个数据端口（A口、B口、C口），8255有三种基本的工作方式，分别为：方式一（基本输入/输出方式），方式二（选通输入/输出方式），方式三（双向总线I/O方式）。其中A口可选择三种方式中的任意一种，B口只能选择方式0或方式1，C口常用作两个
第一篇：单片机步进电机控制系统设计论文 1单片机的步进电机控制系统硬件设计 1.1LED和键盘设计 为了能够实现人与机器的对话，单片机的步进电机控制系统设计了3*4键盘以及4*8LED数码管，人们可以直接对其进行控制。该系统通电后，通过键盘输入控制步进机的运转、启动以及转动方向等，由LED 管动态清晰显示步进机的转向以及转速。器件8279能够控制系统键盘的输入以及LED的输出，进而减少单片机工作的承载，8279在控制系统工作的过程中，将键盘输入的信息进行扫描，利用其抖功能，避免事故的发生。（下图为LED和键盘模块） 1.2放大和驱动设计 逻辑转换器是步进机控制过程中的脉冲分配器，其是CMOS集成电路，其输出的源电流为20毫安，能够应用于三相以及四相步进机，其工作可以选择以下6种激进方式进行控制；其中，对于三相步进电机有1、2、1-2相；对于四相步进电机有1、2、1-2相，其输入的方式有单、双时钟选择方式，其具有正向控制、方向控制、监视原点、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激励方式判断、控制以及时钟设置等部分组成，所有的输入端都设置有秘制的电路，进而提高抗外界干扰的能力。PMM8713输出能够接受功率驱动电路，其通过驱图1LED和键盘模块动器，输出最大的工作电流，以满足电机工作的需求。单片机通过调节相关端口的脉冲信号，控制步进机的运行状态、运转方向以及运转速度等。 2单片机的步进电机控制系统软件设计 2.1单片机程序设计 通过中断脉冲信号，计算步进电机的运转步数以及圈数，并对其进行记录；实现对步进电机运转速速的控制；采用端口的中断程序关闭其相关程序，将电机控制在停机状态；通过中断电机的开启部位，将其转换到运行状态，实现电机的运行；PMM8713的U和D端口通过输出高电平，达到控制步进电机运转方向的目的；8279将其接口与自身的8个数据连接口进行连接，当单片机运行到键盘部位时，采用相关端口中断其工作状态，进而达到控制步进机的启动、停止、速度以及方向等，并将其反馈给8279，利用LED将其显示，明确其运转的速度以及方向。 2.2PC上位机设计 设计PC上位机的主要目的就是控制步进电机，利用单片机中相关部位，实现人与机的对话，其利用单片机发出执行命令，实现对步进电机的有效控制。其中，单片机接受的执行命令会存储在相关软件中，其与储存在片内的Flash的相关地址进行比较，不冲突的信息就储存在其中，如与其中储存的信息发生冲突，就会自动中断，有效的保护电机的正常运行。同时，此软件在运行的过程中，应该对晶振中的USART模块进行设置，其相关的控制软件由VB6.0对其进行编写，采用MSComm软件实现实时通讯。 3结语 电机控制系统利用单片机实现控制整个机器的工作，其使用的可靠性较高。在其工作的状态下，为其
单片机课程设计报告步进电机控制系统设计 姓名： 班级：B10221 指导老师：齐建玲 日期：2013.6.08～2011.6.13 北华航天工业学院
一、设计前述 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。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。本设计还通过按键控制电机正转与反转。 二、设计任务和要求 设计步进电机单片机控制系统，其功能如下： 1．具有对步进电机的启停、正反转、加减速控制； 2．控制按钮分别为正转、反转、加速、减速、以及停止键； 3．能够通过三位LED数码管（或液晶显示器）显示当前的转动速度，并且由两只不同颜色的发光二极管分别指示正转和反转，因此可以清楚的显示当前转动方向和转速； 4．要求每组选择的步进电机控制字不同； 5．用单片机做控制微机； 三、设计原理分析 1、步进工作电机原理 1．1步进电机的特点： （1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。。 （2）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 （3）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有
步进电机加减速定位控制系统课程设计 1导言 1.1主题描述 随着电子技术的飞速发展，特别是微型计算机技术与大规模集成电路的出现，人类的生活发生了根本性的变化。如果说微型计算机的出现使现代科学研究有了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一场新的技术革命。目前，单片机因其体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求低、可靠性高、性价比高、易于开发等优点，已经广泛应用于工业控制系统、数据采集系统、智能仪器仪表、办公自动化等诸多领域。，并且已经离开了家。从洗衣机、微波炉到音响、汽车，MCU随处可见。因此，单片机技术的发展和应用水平逐渐成为一个国家工业发展水平的标志之一。本研究的内容是以单片机为主要控制元件，通过控制脉冲信号来定位步进电机。 1.2步进电机的参数和特性 基本参数 1.电机的固有步距角[8] 表示控制系统每次发出步进脉冲信号时电机旋转的角度。电机出厂时给定一个步距角，电机给定的值为0.9/1.8(半步运行为0.9，全步运行为1.8)。这个步距角可以称为‘电机固有步距角’，不一定是电机实际工作时的真实步距角。真实的步距角与驾驶员有关。 2.步进电机的相数 指电机部分的线圈组数。目前常用的有两相、三相、四相、五相步进电机。步进角度随着电机数量的变化而变化。一般两相电机的步距角为0.9°/1.8°，三相电机为0.75°/1.5°，五相电机为0.36°/0.72°。 3.保持扭矩 指步进电机通电但不转动时，定子锁住转子的瞬间。 1.2.2步进电机的特性
1.一般步进电机的精度是步距角的3-5%，不累加。 2.步进电机出现所允许的最高温度。 步进电机的高温首先会使电机的磁性材料退磁，导致转矩下降甚至失步。因此，电机表面的最高允许温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点。一般来说，磁性材料的退磁点都在130摄氏度以上，有的甚至高达200摄氏度。所以步进电机外部温度在80-90摄氏度是完全正常的。 3.步进电机的转矩会随着转速的提高而降低。 步进电机旋转时，电机各相绕组的电感会形成反电动势；频率越高，反电动势越大。在其作用下，电机的相电流随着频率(或转速)的增大而减小，从而导致转矩的减小。 4.步进电机低速可以正常运行，但高于一定速度就启动不了，并伴有啸叫。 步进电机有一个技术参数:空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率。如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能会失步或失速。在负载条件下，起动频率应更低。如果电机要高速旋转，脉冲频率要有一个加速过程，即起始频率低，然后以一定的加速度上升到所需的高频(电机转速从低速上升到高速)。步进电机以其显著的特点，在数字化制造时代扮演着重要的角色。随着各种数字技术的发展和步进电机技术的提高，步进电机将在更多的领域得到应用。 2总体方案设计 2.1总体设计框图 为了实现步进电机的加减速定位控制功能，本设计采用了如图 2.1所示的设计框图。 本设计系统采用开环控制，使用AT89C51单片机作为脉冲分配器，通过电源接口控制四相步进电机的加减速。 键盘控制步进电机启动、加速、停止、定位等各种功能的选择。 LCD实时显示步进电机的运行速度和定位功能，以及步进电机的运行速度和总转数。 89C51单片机系统是整个控制系统的核心。控制系统的各个模块协调工作，在步进电机运行时起到脉冲分配器的作用。
ARM课程设计 专业：电子信息工程班级： 姓名： 学号： 指导教师：
目录 一、设计的目的与要求 (2) 二、方案的设计与论证 (2) 三、结构和基本原理 (3) 四、软件设计 (9) 五、调试 (10) 六、课程设计体会 (11) 七、参考文献 (11)
基于ARM的步进电机控制 一、设计的目的与要求 1.1 设计目的 （1）本次课程设计是在学习了《深入浅出ARM7——LPC213X/214X》课程之后综合利用所学知识完成一个计算机应用系统设计并在实验室实现。 （2）通过课程设计，巩固和加深了对“微机原理与接口技术”课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握计算机接口应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。 （3）加深对计算机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。 1.2 设计要求 （1）设计一个步进电机的控制系统。 （2）用LPC2134+L298+L297使用中断方式以及串口方式进行控制。 （3）可通过按键设定转速和方向。 二、方案的设计与论证 2.1 设计分析 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。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。本次课程设计所设计的步进电机的控制系统可通过键盘设定转速和方向，并能显示转速。 2.2 方案论证 方案一：采用ARM7的脉宽调制器PWM产生脉冲对步进电机进行控制。 方案二：利用定时器定时中断进行步进电机的控制。 2.3 方案选择 第一种方案中PWM技术是采用脉宽调制技术，即占空比不同的方波电压产生不同的平均电流使步进电机转动，通过调节占空比即可调节电机转速。虽然很精确，但设置较繁琐。 第二种方案中采用定时器定时中断的方式，只需要几条简单的指令就可以产生具有一定 频率和数目的脉冲信号，而且在整个脉冲产生过程中，CPU 可用来处理其他工作，大大
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，具有快速启动能力，定位精度高，能够直接接受数字量，因此被广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、精确定位、计算机外围设备等，在现代控制领域起着非常重要的作用。
本设计运用了8086 CPU芯片以及74273芯片、8255A芯片和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行调速。 关键词：步进电机；正反转；调速控制；ULN2003A芯片；8086微机系统 1、课程设计任务书 1.1任务和目的 (4) 1.2设计题目 (4) 1.3内容和要求 (4) 1.4列出使用元器件和设备清单 (4) 2、绪论 (4) 3、步进电机的总体方案 (6) 4、步进电机的硬件设计 (7) 4.1总体设计思路 (7) 4.2电路原理图 (10)
4.3线路连接图 (11) 5、步进电机软件设计 (12) 5. 1流程图 (12) 5.2控制程序 (14) &调试说明 (19) 6.1调试过程 (19) 6.2调试缺陷 (19) 7、总结收获 (19) 8、参考文献 (20) 附录：元器件及设计清单 1. 课程设计任务书 1.1任务和目的 掌握微机硬件和软件综合设计的方法。 1.2设计题目 步进电机控制系统设计 1.3内容和要求 1. 基本要求：控制步进电机转动，要求转速1步/1秒；设计实现接口驱动电路。 2. 提高要求： 改善步进电机的控制性能，控制步进电机转/停；正转/反转；改变转速（至少
计算机与信息科学系 课程设计报告 课程名称：微型计算机控制技术 设计题目：步进电机控制系统 目录 1.系统概述 1 1.1步进电机控制工作原理 1 1.2系统设计思路 1 2.系统硬件设计 2 2.1总体设计 2 2.2步进电机控制电路 3 2.3显示电路 4 3.系统软件设计 5 3.1总体设计 5 3.2 关键模块设计 10 4.结束语10 4.1设计感想 14 4.2个人分工情况 15 参考文献15
附录15
1.系统概述 1.1步进电机控制工作原理 步进电机实际上是一个数字\角度转换器，也是一个串行的数\模转换器。步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4 个方面。从结构上看 ,步进电机分为三相、四相、五相等类型 ,常用的则以三相为主。三相步进电机的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3 种 ,下面具体加以阐述。 1.1.1步进电机的启停控制 步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感 ,即振动感。为了使电机转动平滑 ,减小振动 ,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波 ,可以减小步进电机的步进角 ,提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时 ,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑 ,则需采用合适的锁定波形 ,产生锁定磁力矩 ,锁定步进电机的转轴 ,使步进电机的转轴不能自由转动。 1.1.2步进电机的转向控制 如果给定工作方式正序换相通电 ,步进电机正转。若步进电机的励磁方式为三相六拍 ,即 A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通电换相 ,即则电机就反转。其他方式情况类似。 1.1.3步进电机的速度控制 如果给步进电机发一个控制脉冲 ,它就转一步 ,再发一个脉冲 ,它会再转一步。2 个脉冲的间隔越短 ,步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率 ,就可以对步进电机进行调速。 1.1.4步进电机的换向控制 步进电机换向时 ,一定要在电机减速停止或降到突跳频率范围之内再换向 ,以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个脉冲结束后以及下一个方向的第1 个脉冲前发出。对于脉冲的设计主要要求要有一定的脉冲宽度(一般不小于5μs)、脉冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了减速→换向→加速3 个过程。 1.2系统设计思路 此次我们所设计的是一个步进电机控制系统，主要由单片机80C51，并行输入/输出接口8255A，3相步进电机，7段数码管，及一些其他相关元件设计而成。可以通过开关来控制系统的启/停工作，当系统运转时，用开关来控制方向，并使相应的指示灯亮起，同样由开关来选择工作模式，这次设计并不是使用键盘来输入运转步数，而是由8个开关置0/1设步数。运转时，用3位7段数码管来输出剩余步数。最后根据思路所设计出来的硬件图设计相适应的软件。详细的设计步骤将在下面说明。
第1章控制工艺流程分析 1.1步进电机的控制过程描述 近年来，数控机床及数控技术得到了飞速发展，在柔性、精确性、可靠性和宜人性等方面的功能越来越完善，已成为现代先进制造业的基础。数控就是数字控制，数控技术在机床行业应用得多，就是依靠数字（电脑编程）来控制机床，具有效率高，精度高等主要特点。数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。 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步进电机件。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，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