基于单片机的步进电机控制系统设计与实现

基于单片机的步进电机控制系统设计与实现

摘要：单片机各种功能集成在一个芯片,可靠性和抗干扰能力强,高和低水平的输出很容易实现步进电机的控制。由单片机控制可以减少硬件开销和克服一些组件不能在硬件的设计灵活性的缺点容易价值。如今，科学技术的不断突破，以前步进电机在工业领域上的那些问题基本上就不能算是什么问题，所以步进电机的控制系统也逐渐入主工业领域中，很常见的就有数控机床的制造业上面。除此之外，还有其他许多方面，比如自动售票机，工场工人们或是学校学生们使用的智能IC卡等等。步进电机也可以用作同步电机【9】。

在设计中，我们首先就要确定的是这次实验所需要的相关的软件和硬件【2】，在应用程序环境功效请求和本次设计控制系统的设计，来达到我们这次设计的一系列控制要求。本课题是以步进电机的工作原理为设计依据，以单片机技术为基础实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。本课题主要采用实验法。基于大学专业课程及实训所获得的实践经验，在教师指导下，以单片机技术为基础，【4】,实现单片机控制步进电机系统在数控机床中的应用,系统设计了两个外部中断,从而实现了步进电机在一定的时间内一次又一次和换向功能,在操作的过程中,我们建立了一个特殊的数据库用于指示改变电机的转速,实现步进电机换向速度控制和显示数据。

关键词：步进电机；单片机；数码管显示；驱动

第１章引言 ………………………………………………………………………2

1.1课题来源及研究意义………………………………………………………2

1.2国内外单片机技术研究与应用概况 ……………………………………………2

1.2.1国外单片机技术发展与现状 ………………………………………2

1.2.2国内单片机技术发展与现状 ………………………………………3

1.3本文的主要研究内容………………………………………………………3

第2章步进电机与单片机.....……………………………...................................................3

2.1步进电机概述 …………………………………………………………3

2.1.1步进电机的工作原理.........................................................................4

2.1.2步进电机特点... .…………………………………………………………5

2.1.3步进电机的分类和选择…….......………………………………………8

2.2步进电机驱动电路 ………………………………………………………8

2.2.1步进电机驱动系统简介…………………………………………8

2. 3单片机简介.................................………………………………..............………...11

2. 3. 1 C51系列单片机................………………………………..............………...11

2. 3. 2单片机工作原理................………………………………..............……......12

2. 3. 3单片机的特点................………………………………..............……..........14

第3章控制系统硬件设计...................…………………………………………14

3.1 系统整体结构……………………………………………………………14

3.2 其他硬件部分设计............. ……………………………………………15

3.2.1键盘输入模块...................……………………………………………15

3.2.2运行数据显示模块...................................................................16

3.2.3驱动模块...................................................................16

3.2.4时钟模块...................................................................18

3.2.5复位模块...................................................................18

3.2.6单片机的最小系统...................................................................19

3.3软硬件调试系统…………………………………………………………19

3.3.1Keil软件调试…………………………………………………………19

3.3.2仿真软件调试…………………………………………………………20

第4章控制系统软件设计........................................... …………21

4.1系统软件介绍………………………………………………...........20

4.1.1系统软件程序............................……………………………20

4.1.2正转模块........................………………………………………23

4.1.3反转模块...........................................................................24

4.1.4加速与减速模块...................................................................24

第5章步进电机控制系统在工业领域的应用和发展.......................... …………25

5.1步进电机控制系统在工业上的应用………………………………………………25

5.1.1国内外对步进电机控制系统的应用……………………………25

5.1.2步进电机控制系统的发展趋势……………………………………25

第6章致谢........................................... …………26

参考文献 …………………………………………………………………………27

一、引言

1.1课题来源及研究意义

近近年来,工业领域的发展有了很大的改善，可以说是走入了一个全自动的领域，对电机动控制产品的需求也一直在增加,所以电动机控制的现代工业技术越来越受关注,在电机控制领域中，单片机技术的地位可以说是一人之下万人之上，不可撼动。

本课题是以步进电机的工作原理为设计依据，以单片机技术为基础实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。本课题主要采用实验法。基于大学专业课程及实训所获得的实践经验，在教师指导下，以单片机技术为基础，开发步进电机的正反转控制。

1.2国内外单片机技术研究与应用概况

现在我们人类生活中单片机技术集成的各种日常用品随处可见，配备比较少（1或2）单片机比如我们的手机、笔记本、冰箱、空调、掌上游戏机、掌上电脑以及键盘等电脑配件。和个人电脑也有很多的供应链管理工作。汽车配备40多部单片机。在一些繁杂的工业控制系统中,成百上千的SCM在工作在同一时间也是很常见的。计算机网络通信和数据传输,我们学生在校生活中所使用的饭卡（IC卡）。简单来说，我们现在每个人所使用的基于单片机技术的产品不在10件以下。电动机控制系统正朝着节能、成本节约和高效的操作的三个趋势。其他白色家电应用程序和一些电力电子转换原则由四象限驱动控制技术使节能效果是显而易见的。此外,3级逆变器拓扑还用于变频器的设计来提高运行效率。所以说，从现在开始，我们要认真的学习这门技术，说不定在以后它会带给我们意想不到的结果，或许，它还可以改变我们的命运，使我们未来的生活更上一层楼。因此,现在越来越多的大学都开设了这门课程，同时也是希望我们可以认真专研这门课程。

1.2.1 国外单片机技术发展与现状

因为一系列的客观条件的要求，在工业领域中，有时候并不是扭矩越大的电机就越会被工厂盲目的广泛的使用，因为工厂的首要条件是利益，所以他们还要考虑使用这种电机的成本以及效率等等其他的一些因素。所以，除了极为少数的一些特别高级的场合，国外在使用这些比较高级的电机外，其他的大部分的地方，都在使用扭矩不是特别大的电机，就比如说是直流电动机。不仅效率跟得上，同时也为他们保证了利益的可得性。

如今，科学技术的不断突破，以前步进电机在工业领域上的那些问题基本上就不能算是什么问题，所以步进电机的控制系统也逐渐入主工业领域中，很常见的就有数控机床的制造业上面。除此之外，还有其他许多方面，比如自动售票机，工场工人们或是学校学生们使用的智能IC卡等等。不仅如此，步进电机不仅仅使用与工业领域了，在一些小型的个人设施里也常有可见电机的身影，比如说在游乐园里的一些比较刺激的项目，里面都应用了步进电机。

1.2.2 国内单片机技术发展与现状

我国单片机的研制和应用始于70年代末，真正应用则在80年代中期，明显落后于美、日等发达国家，一些电机驱动控制,兼容各种电动机的设计被认为是与此同时能够应用矢量控制感应电动机和永磁同步电动机,到90年代,尤其是在工业控制、智能仪器仪表、生产自动化、分布式控制系统取得了一系列可喜的成就,电机驱动电路,此外,通过设计减少了热量的损失在高速运行,使电机运行更加平稳,和工业电机控制系统的新技术。无法带动工业上的一些重大型工件的运行，因此，其在工业上的应用也没有那么的广泛。据不完全统计,在国内单片机消耗的数量超过200万件,单片机是蔓延到国民经济各个领域以惊人的速度,但目前国内的应用程序集中在8位单片机技术,品种单调,8031是单片机技术应用的主流模型在我国,8031片内没有ROM,和外部扩张ROM无疑是增加附件和体积,从规模和经济的观点,不是单片机的的优势也很难有如此显著的经济效益。

1.3本课题的主要研究内容

本次设计的最终目的是使得步进电机可以正转和反转，对于整体的系统设计，我采用的是用单片机技术的控制方式，为了达到本次设计所预想的目的，我们采用了单片机技术来控制步进电机的方法。整个设计控制简单易上手，成本也很低，满足了控制要求的同时也符合学生生活情况。

本次设计的主要研究内容：

1．步进电机的工作原理；

2．SCM控制电机系统的方法【2】；

3．控制系统硬件设计；

4．要能控制电机转速，向等；

参考文献

【1】邓晓静，基于单片机的步进电机程序控制系统设计［J］，长江工程职业技术学院学报，2012

【2】耿沙沙，基于单片机和CPLD的步进电机控制电路［J］，黑龙江科技信息，2012

【3】马昊伟，基于STC89C51单片机的步进电机的控制系统设计［M］，煤矿机械，2012

【4】何少佳，基于AT89S51单片机的直流电机控制系统设计［J］，装备制造技术，2013