步进电机控制系统设计(个人制作)

I

目录

第一章 步进电机控制系统设计........................................................................... - 1 -

1.1 设计目的................................................................................................... - 1 -

1.2 设计任务................................................................................................... - 1 -

1.3 设计要求................................................................................................... - 1 -

1.3.1 基本功能......................................................................................... - 1 -

第二章 系统方案设计和工作原理....................................................................... - 2 -

2.1 系统方案设计........................................................................................... - 2 -

2.2 工作原理................................................................................................... - 2 -

第三章 硬件电路设计........................................................................................... - 4 -

3.1 驱动电路的设计....................................................................................... - 4 -

3.1.1 脉冲分配器..................................................................................... - 5 -

3.1.2 功率驱动单元................................................................................. - 5 -

3.2 显示电路和控制按键............................................................................... - 5 -

第四章 软件设计流程........................................................................................... - 6 -

4.1 主程序设计............................................................................................... - 6 -

4.2 调速程序设计........................................................................................... - 6 -

4.2.1 电机的启动/停止控制 ................................................................... - 6 -

4.2.2 电机正反转控制............................................................................. - 6 -

4.2.3 电机加减速控制............................................................................. - 7 -

第五章 系统仿真、调试结果及性能分析........................................................... - 8 -

5.1 系统仿真................................................................................................... - 8 -

5.2 调试结果................................................................................................. - 11 -

5.3 性能分析................................................................................................. - 11 -

第六章 实验心得................................................................................................. - 12 -

参考文献................................................................................................................. - 13 -

附录1 系统完整原理图...................................................................................... - 14 -

附录2 源程序...................................................................................................... - 15 -

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摘要

步进伺服是一种用脉冲信号进行控制，并将脉冲信号转换成相应的角位移的控制系统。其角位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率可调节电动机的转速。如果停机后某些绕组仍保持通电状态，则系统还具有自锁能力。步进电动机每转一周都有固定的步数，如500步、1000步、50 000步等等，从理论上讲其步距误差不会累计。

步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行元件，由于步进电机具有控制方便、体积小等特点，所以在数控系统、自动生产线、自动化仪表、绘图机和计算机外围设备中得到广泛应用。微电子学的迅速发展和微型计算机的普及与应用，为步进电机的应用开辟了广阔前景，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，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。市场上有很多现成的步进电机控制机构，但价格都偏高。应用ULN2003A芯片可方便的组成步进电机驱动器，并结合P89V51RB2单片机进行控制，即可以实现用相对便宜的价格组成一个性能不错的步进电机驱动电路。

关键词：步进电机、微电子

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第一章 步进电机控制系统设计

1.1 设计目的

伺服系统课程设计是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。

1.2 设计任务

通过本题目的设计掌握步进电机控制系统，设计一个高精度位置伺服系统。

用P89V51RB2设计一个步进电机调速伺服系统，使操作者可以通过系统的按键控制步进电机的旋转速度和方向。

1.3 设计要求

1.3.1 基本功能

（1）设置启动停止键，当按下该健后，步进电机以固定速度开始转动，再次按下该键后，电机停转。

（2）设置正/反转功能键，当按下该键后，步进电机以反向开始转动；再次按下该键后，电机再次反转。

（3）设置速度加减功能键，当按下加速键后，电机转速增加；当按下减速键后，电机转速减慢，可分为8档，逐渐变速。

（4）写出详细的设计报告（含操作说明），给出全部电路和源程序。

- 2 - 第二章 系统方案设计和工作原理

2.1 系统方案设计

该设计如图2-1所示，将单片机P89V51RB2连接驱动UNL2003A从而来驱动步进电机的运转。通过4个按键，实现步进电机的停止，启动，正/反转，加速，减速等功能。通过软件和硬件相结合的控制方法，实现了运用单片机对步进电机的稳定控制，实现grand1~grand8八级变速，通过数码管显示屏显示档位。本系统通过C语言编写，代码具有易维护性和可移植性。本系统操作方便，可靠性高的特点，可以实现对步进电机的良好控制。

图2.1 系统方案原理图

2.2 工作原理

步进电机是机电一体化的关键部件之一，被广泛应用于需要精确定位、同步、行程控制等场合。

本设计所采用的是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度。电机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为单相激磁方式，电机示意图和各线圈通电顺序如图2.2和表2-1所示：

图2.2 步进电机原理图

表2-1 步进电机相序表