以ULN2003A为驱动器单片机的步进电机的控制系统毕业论文.doc

以ULN2003A为驱动器单片机的步进电机的控制系统毕业论文 目 录 摘要 1 Abstract 2 第一章 绪论 3 1.1 引言 3 1.2 国内外步进电机控制的研究 3 1.3 本文研究内容 4 第二章 步进电机概述 6 2.1 步进电机的分类 6 2.2 步进电机的特点 6 2.3 步进电机的结构及工作原理 8 2.3.1 结构 8 2.3.2 对齿和错齿 9 2.3.3 工作原理 10 2.3.4 工作方式 11 2.4 步进电机的常用术语 11 2.5 步进电机的振荡和失步 12 2.5.1 振荡 12 2.5.2 失步 13 2.6 步进电机的细分 13 2.7 步进电机的矩频特性 14 第三章 步进电机的驱动系统 15 3.1 步进电机的驱动系统简介 15 3.2 单片机模块 15 3.2.1 单片机简介 15 3.2.2 STC89C52RC引脚功能说明 17 3.2.3 单片机控制电路 18 3.2.4 步进电机控制系统原理 20 3.2.5步进电机的速度控制 23 3.2.6 步进电机的位置控制 24 3.3 步进电机驱动模块 24 3.3.1 ULN驱动器简介 24 3.3.2 ULN2003的作用 24 3.4 显示模块 26 3.4.1 1602LCD简介 26 3.4.2 1602LCD的基本参数及引脚功能 28 第四章 步进电机控制器驱动程序的设计 30 4.1 主程序流程图 30 4.2 电机运行主流程 30 4.3 键盘子程序流程 31 总结 33 参考文献 34 致谢 35 附录 36 第一章 绪论 1.1 引言 历史证明，一个国家的制造业水平在很大程度上可以体现国家的实力，国家的发展也在很大程度上依赖于先进的制造业，所以大多数国家都非常重视大力发展造业，二战后，计算机控制技术、微电子技术、信息和自动化技术有了迅速的发展，并在制造业中得到了愈来愈广泛的应用，先后出现了数控(NC)、计算机数控(CNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)、计算机集成制造系统(CIMS)等多项先进制造技术与制造模式，推动着世界制造业进入一个崭新的阶段。而在这些技术环节中，具有很多优点的步进电机就是一个重要角色，比如在数控技术中。 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Stepping motor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。可以说步进电机天生就是一种离散运动的装置，是纯粹的数字控制电动机，步迸电机驱动器通过外加控制脉冲，控制步进电机各相绕组的导通或截止，从而使电动机产生步进运动。就是说给一个电脉冲信号，电动机就转过一个角度或者前进一步，其输出转角、转速与输入脉冲的个数、频率有着严格的比例关系。这些关系在负载能力范围内不随电源电压、负载大小、环境条件等的变化而变化。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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高。步进电机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电机最突出的优点。 正是由于步进电机具有突出的优点，所以成了机电一体化的关键产品之一，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，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 1.2国内外步进电机控制的研究 步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。随着现代科技的高速发展，步进电机在人们生产和生活中发挥越来越大的作用。 我国数控系统在初期就是以单板机或单片机为数控核心，以步进电机为执行元件，由于其结构简单，价格便宜，只需一万元左右就可以装备一台经济型数控机床，很适合我国中小型企业使用。采用步进电机作为伺服执行元件，不仅可以应用于经济型数控伺服系统，而且也可以辅以先进的检测和反馈元件，组成高精度全闭环数控系列，从而达到很高的加工精度。比如在数控系统中就得到广泛的应用。目前世界各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国已经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。 除了在数控系统中得到广泛的应用，近年来由于微型计算机方面的快速发展，使步进电机的控制发生了革命性变革。优点明显的步进电机