基于单片机的步进电机控制系统设计范永贺.doc

河南职业技术学院 毕业设计（论文） 题 目 基于单片机的步进电机控制系统设计 系（分院） 河南职业技术学院 学生姓名 范永贺 学 号 专业名称 数控专业 指导教师 张超 2010年 12月 27日  基于单片机的步进电机控制系统设计 范永贺 摘要：随着工业自动化的发展,步进电机的应用越来越广泛。步进电机是一种用于开环控制的驱动元件。本文阐述了步进电机的基本知识和特性,提出了基于单片机步进电机控制系统.本设计采用AT89C51单片机对步进电机进行控制,实现了软件与硬件相结合的控制方法，用软件代替环形分配器,达到了对步进电机的最佳控制.该系统以PC机作为上位机，以单片机作为下位机,PC机能够将控制指令和参数发送到单片机，保证单片机能够准确、及时地发出控制信号，通过驱动器驱动步进电机上作;同时，PC通过单片机来监测的步进电机运行的各种状态信号。同时系统可以通过单片机采集手轮发出的信号对电机进行同步控制。可使步进电机的控制更加方便，灵活，具有高的数据传输速率、良好的实时性、较高的稳定性和友好的人机对话功能。 关键词：步进电机;单片机;PC 机 前言 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点广泛应用于仪器仪表中结合不同类型的传感器,可实现诸如电压功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化且功能比起采用电子或数字电路更加强大例如精密的测量设备功率计示波器各种分析仪用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统例如工厂流水线的智能化管理电梯智能化控制、各种报警系统与计算机联网构成二级控制系统等现代的单片机普遍具备通信接口可以很方便地与计算机进行数据通信为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制从手机,电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话集群移动通信无线电对讲机等此外单片机在工商金融科研、教育国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。 电机在自动化控制中使用的场合相当频繁步进电机作为电机的一种可以靠开路控制做精确的定位因此普遍应用于电脑的外设及工业生产的自动化机具设备中如NC车床、切割机此外机器人的各个关节控制也大量的使用步进电机。近些年来由于步进电机的控制精度不断提高越来越多有较高控制精度要求的系统也开始采用步进电机对于功率步进电机,一般采用与专用步进电机驱动器联合工作的方式产生脉冲,控制停启、正反转等,专用步进电机驱动器则进行脉冲环形分配及功率驱动降低成本,缩小体积,简单方便,易于实现步进电动机突出的优点是它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、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度因此在众多领域有着极其广泛的应用。研制一种高性价比步进电机驱动器及其控制系统具有重要的意系统以PC机作为上位机，以单片机作为下位机，可使上位机能够将经过处理的控制指令和参数发送到下位机，保证下位机能够准确、及时地发出控制信号，通过驱动器驱动步进电机上作。同时，上位机检测下位机的各种状态信号，进行诊断和处理。高的数据传输速率、良好的实时性、较高的稳定性和友好的人机对话§2.2步进电机的基本参数 1.电机固有步距角： 电机固有步距角表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°，整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时