毕业论文开题报告
机械设计制造及其自动化
基于单片机的步进电机控制系统的设计
一、选题的背景和意义
当今工业控制的主流系统，是以微处理器为核心的控制系统，这种系统已经取代了常规的模拟检测、调节、显示、记录等仪器设备的系统，并且具有高度复杂的计算方法和处理方法，被控制对象的各种动态过程都能按照规定的方式和要求来运行。
一般步进电机控制器都用硬件来实现，比如市场上的一些脉冲分配器专用集成电路，这些集成电路体积小，驱动效率高，系统控制也比较稳定，可广泛用于要求高精度、高稳定性的设备中，但是这些驱动模块也有一些缺点：控制机理比较难掌握；品种少，价格高；部分模块只能用于特定场所实习专用功能。
而基于单片机的步进电机控制系统就能很好地解决这些问题：采用单片机的软件和硬件结合进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制，如果需改变控制要求，一般只需改变软件就能适应新的环境。这样的系统能运用于许多设备中，小到打印机，纸带输送机构，卡片阅读机，大到军用仪器，通信和雷达设备，航空航天工业的系统中。因而，对于单片机的步进电机控制系统的研究也就显得非常重要了。
二、研究目标与主要内容（含论文提纲）
1、本课题的研究目的之一就是设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高的步进电机控制系统。并且这套系统能够有机地把电子技术、单片机技术、电机的控制技术结合起来。
2、设计一套完整的步进电机H桥驱动电路，并通过理论、仿真的方法对所设计的驱动电路进行验证。
3、设计一套完整的包括键盘电路、显示电路在内的外围电路。
4、对整个控制系统的软件进行编制。
1引言
1.1 国内外的研究情况
1.2 步进电机控制系统设计的意义
1.2.1 国内外常见的步进电机控制系统1.2.2 步进电机基本驱动类型
1.3 本论文研究的主要工作和安排
2 步进电机的概况
2.1 步进电机的特点
2.2 步进电机的类型
2.3 反应式步进电机
3 步进电机控制系统的概述
3.1 步进电机控制系统简介
3.2 本系统简介及特点
3.3 本系统可实现功能
4 系统硬件设计
4.1 系统组成
4.2 系统核心——AT89C2051
4.2.1 AT89C2051简介
4.2.2 系统端口分配
4.3 系统外围电路设计
4.3.1 显示电路设计
4.3.2 键盘电路设计
4.3.3 步进电机脉冲输出电路
4.4 驱动电路
4.4.1 电路原理
4.4.2 元件参数选择
4.4.3驱动电路仿真
5 系统软件设计
5.1 系统软件主流程
5.2 系统软件运行仿真
6 实物制作
6.1 硬件制作
6.2 程序烧入运行
7 总结与展望
7.1 本项目取得的成果
7.2 研究的不足之处
致谢
附录
三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等
本论文首先简单介绍了步进电机的应用和发展的历史，然后介绍了步进电机常见的控制系统方案和常见的驱动方案，在这个基础上提出了自己的设计目的，即设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，操作方便，适应性强，可靠性高，而且能人机交互的步进电机控制系统。用较大的篇幅介绍了步进电机的特点、分类和工作原理，接着分别阐述了所要设计的系统的功能和操作、硬件设计、软件设计。
具体安排如下:第一部分为绪论，介绍了步进电机的应用和发展的历史，然后介绍了步进电机常见的控制系统方案和常见的驱动方案，了解各种方案的优缺点，提出自己的思路和设计目的。第二部分步进电机的概述，阐述步进电机的特点、分类和工作原理，为后面的硬件、软件设计提供必须的理论基础。第三部分为步进电机控制系统概述，在框架结构上对整个系统进行介绍，而且重点阐述基于单片机的控制系统的一般框架，为自己的设计提供有力的支持。接着介绍了本论文要设计的控制系统的功能特点，及要实现的操作方式。第四部分为系统硬件设计，先提出框架，然后分别阐述单片机端口分配、外围电路、驱动电路的设计。第五章为系统软件设计，按照模块化的思想，主要阐述主流程、初始化流程及几种模式下的不同的控制流程。
四、参考文献
[1] 王福瑞,等.单片机微机测控系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版
社,1998.
[2] 陈理壁.步进电机及其应用[M].上海:上海科学技术出版社,1989.
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[5] 马忠梅，籍顺心.单片机应用程序设计[M].北京航空航天大学出版社，
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[11] A. C. Leenhouts, “Stepping Motors in Industrial Motion Control”, Proc.
of the 1980 Joint Automatic Control Conf., vol. 1, 1980.
五、研究的整体方案与工作进度安排（内容、步骤、时间）
2010.11.15～2010.11.20 文献查阅、了解单片机的驱动方式
2010.11.21～2010.11.25 文献查阅、步进电机的驱动方式及如何利用单片机驱动2010.11.26～2010.11.30 资料收集、文献查阅、并完成外文资料翻译
2010.12.01～2010.12.10 资料收集、文献查阅、并完成文献综述和开题报告
2010.12.10～2011.01.08 单片机的步进电机控制系统的设计与制作
2011.01.09～2011.02.09 进行功能仿真，调整设计方案
2011.02.10～2011.02.28 撰写论文初稿
2011.03.01～2011.03.24 完善制作实验设计，得到实验数据
2011.03.25～2011.04.20 论文修改定稿，完成其他相关文档
2011.04.21～2011.04.30 准备毕业答辩材料
六、研究的预期目标及主要特点及创新点
(l)采用单片机作为控制核心，利用其强大的功能，把键盘电路和显示电路有机的结合起来，组成一个操作方便，交互性强的控制系统。而且整个系统所包含的技术几乎包括了现在学校《机电传动与控制》和单片机方面专业所要求的知识，有利于在实践中更好地理解知识。
(2)键盘电路和显示电路都采用动态扫描技术，节约了单片机的资源。
(3)驱动电路采用了H桥驱动，使步进电机在开环状态下达到较高的变速转速，同时断电相不产生负的转矩分量，其能量被输入到电源，即将接通的下一相中去，增大了电流容量，提高了其工作的可靠性。
(5)系统软件采用结构化设计，具有易维护性，根据自己的要求，对软件系统进行少量的修改，使系统功能得到一定程度的提高。
