步进电机速度控制器设计

专业综合训练 题目：步进电机速度控制器设计 学生姓名：尹文强 学院：机械学院 系别：测控系 专业：测控技术与仪器 班级：测控09-1 指导教师：徐永祥徐刚包晓艳

二〇一三年一月八日

学校代码： 10128 学 号： 200820107055 内蒙古工业大学专业综合训练说明书 摘要 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，其机械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。步进电机还具有快速启停，精确步进和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中应用广泛。 本设计中介绍了二相混合式步进电动机步进电机的结构和工作原理，它的结构简单、成本低，在机电一体化领域里具有广阔的应用前景。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、独立键盘检测电路、数码管显示电路、步进电机驱动电路等组成，而且单片机是控制系统的核心部分。 关键词：步进电机；AT89C51单片机；驱动电路。 内蒙古工业大学专业综合训练说明书 Abstract Stepping motor is a kind of pulse signal will be converted into linear displacement or angular displacement control micromotor, its mechanical angular displacement and speed respectively with the input motor winding pulse number and pulse frequency is proportional to the; It is easy to realize and computer or other digital device interface, suitable for digital control system. Stepping motor has rapid start-stop, accurate step by step and positioning, and other characteristics, and in the numerical control machine tool, plotter, printer and optical instrument is used widely. This design introduces the two-phase hybrid stepping motor stepping motor structure and working principle, its structure is simple, low cost, in the integration of mechanical and electric field has a broad application prospect. Based on the control circuit is mainly composed of single chip microcomputer AT89C51, crystal oscillator circuit, independent keyboard detection circuit, digital tube display circuit, stepping motor drive circuit, and single chip microcomputer control system is the core part. Keywords：Stepping motor; AT89C51 single chip microcomputer; Drive circuit. 内蒙古工业大学专业综合训练说明书 目录 第一章绪论 ...................................................... 1 1.1 课题背景 .................................................... 1 1.2 设计的目的与意义 ............................................ 1 第二章步进电机 .................................................. 2 2.1 步进电机的概念 .............................................. 2 2.2 混合步进电机的结构与原理 .................................... 3 2.3 步进电机的选取 .............................................. 5 第三章设计电路 .................................................. 5 3.1 设计方案 .................................................... 6 3.2 步进电机电路的设计 .......................................... 6 3.2.1 时钟电路和复位电路 ..................................... 6 3.2.2 驱动电路 ............................................... 8 3.2.3 键盘 ................................................... 9 第四章程序设计 ................................................. 11 4.1 程序流程图 ................................................. 11 4.2 键盘子程序设计 ............................................. 11 4.3 调试运行 ................................................... 12 第五章总结 ..................................................... 13 参考文献........................................................ 14 附录 ............................................................ 15 内蒙古工业大学专业综合训练说明书

1 第一章绪论 1.1课题背景 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，应用于氩弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电动机。随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被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，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，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控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 步进电动机还具有以下优点：（1）步距角不受各种干扰因素的影响。如电压的大小、电流的数值、波形及温度的变化等，相对来说都不影响步距角。也就是说，转子的运动速度主要取决于脉冲信号的频率，而转子运动的总位移则取决于总的脉冲信号数。（2）误差不积累。步进电动机每走一步所转过的角度与理论步距角之间总有一定的误差，从某一步到任何一步，也就是走任意步数以后，也总有一定的误差。但因每转一圈的累积误差为零，所以步距角的误差不是积累的。（3）控制性能好。起动、转向及其他任何运行方式的改变，都在少数脉冲内完成。在一定的频率范围内运行时，任何运行方式都不会丢失一步的。 步进电动机由于上述的特点和优点，而被广泛的应用在机械、冶金、电力、纺织、电信、电子、仪表、化工、轻工、办公自动化设备、医疗及航空航天、船舶、兵器、核工业、国防工业等领域。尤其在NC（数控）机械中广泛利用其开环控制的特点。可以说步进电动机是经济型数控机械的核心。近十几年来，步进电动机在OA 机器、FA 机器和计算机外部设备等领域作为控制用电动机和驱动用电动机也开始得到了广泛使用。 1.2 设计的目的与意义

掌握步进电机的工作原理及控制方法，本次设计主要任务是：利用单片内蒙古工业大学专业综合训练说明书 2 机控制实现步进电机的启停、正转、反转、加速、减速、速度控制等功能。

第二章步进电机 2.1 步进电机的概念 步进电机又称脉冲电机,是数字控制系统中的一种执行元件,其功能是将脉冲电信号变换成相应的角位移或者线位移.通俗来说,即给一个脉冲电信号,电机就转动一个角度或前进一步。 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