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1、毕 业 论 文 设 计 开 题 报 告题 目 基于单片机的步进电机的转速控制器设计 学生姓名 孙 锦 学号 0917042014 所在院(系) 电 气 工 程 系 专业班级 自 控 专 升 本 091 指导教师 李 娟 2011 年 3 月 21日题 目基于单片机的步进电机的转速控制器设计一、选题的目的及研究意义步进电机已成为除直流电机和交流电机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生活和生产进入电气化过程中起这关机的作用。可是在人类社会进入电气化时代的今天，传统电动机已不能满足工业自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。发展了一系列新的具有控制功能的电动机系统，其中
2、较有自己的特点，且应用十分广泛的就是步进电机。步进电机的发展与计算机工业密切相关。自从步进电机在计算机外围设备上取代小型电动机以后，使其设备的性能提高，很快的促进了步进电机的发展。另一方面，微型计算机和数字控制技术的发展，又将作为数控系统执行部件的步进电机推广应用到其他领域，比如电加工机床，小功率机械加工机床，测量仪器，光学和医学仪器以及包装机械等。本课题通过单片机对步进电机的转速进行精确控制，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开怀控制元件。在非超载的情况，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，即给一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一现行关系
3、的存在加上步进电机只有周期性的误差而无积累误差等特点，使得在速度，位置等控制领域用步进电机控制变得非常简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速。因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步距角从而改变电机的转速，实现步进电机的调速。在本设计方案中采用AT89C51型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速控制，实现电机调速与正反转的功能。二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等步进电机最早是在1920年由英国人所研发
4、。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断地改良使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度，高分解性能，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，效率高的机械中，我们和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的最多。步进电机作为执行元件，使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的发展，步进电机的需求量与日俱增，使得各个国民经济领域都在应用。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行元件。步进电机可以直接用
5、数字信号驱动，使用非常方便。一般电动机都是连续转动的，而步进电机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电机一步一步地转动，每给一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，它在时间上与输入脉冲同步，因次只要控制输入脉冲的数量，频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需要的转角，转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。因此非常适合于单片机控制。步进电机还具有快速启动，精确步进和定位等特点，因而在数控车床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛应用。步进电机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
6、传统电机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开怀控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（），永磁式步进电机（），混合式步进电机（）和单相式步进电机等。永磁式一般为两相，转矩和体积较小，步距角一般为7.5度或15度；反应式一般为三相，可实现大转矩输出，步距角一般为1.5度，但噪声和振动都和大。反应式的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。混合式是指混合了永磁式和反应式的优点，它又分为两相和五相：两相步距角一般为1.8度而五相步
7、距角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明，论文要写出相应的写作提纲本课题主要研究的问题是基于单片机的步进电机的转速问题。选用四相单四拍步进电机，单片机选用89C51作为控制器。选用ULN2083作为步进电机的驱动芯片来驱动步进电机。然后用串口输出方式显示出来。具体设计如下：控制方式的确定：步进电机控制虽然比较精确地，步进电机开环控制系统具有成本低，简单，控制方便等优点。系统可以用两种办法实现步进电机的速度控制。一种是延时，一种是定时。控制电
8、路的确定：按照系统控制的要求，控制输入部分由启动控制，换向控制，加速控制，减速控制。驱动电路的确定：并于步进电机的驱动有两种方法,一种是通过CPU直接驱动，另一种方式通过CPU间接驱动，我们选择后一种。驱动电路的选择：步进电机的驱动电机有多种，但是最为常用的就是单电压驱动，双电压驱动，斩波驱动，细分控制驱动等。本课题对步进电机的精度要求比较高转速的调节范围比较广，固选驱动芯片ULN2083来驱动，并通过软件来实现步进电机的调速.硬件电路的设计：CPU采用89C51作为步进电机的控制芯片：步进电机的应选用四相四拍的步进电机；在显示电路中，主要利用单片机的P0口和P2口，采用两个共阳极数码管来显示
9、。第一个数码管用来显示电机的正反转，第二个数码管用来显示电机的转速级别总共七级。软件的设计：包括显示程序，驱动程序，正反转程序，转速快慢程序，以及定时中断程序。四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明1张洪润，蓝清华.单片机应用技术教程M .北京：清华大学出版社，1997.2陈理壁.步进电机及应用M .上海：上海科技技术出版社.，1989.3刘保延.步进电机及其驱动控制系统M. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 1997.4刘国荣.单片机微型计算机技术M. 北京；机械工业出版社， 1996.5何立民.单片机应用技术选编M. 北京：北京航空航天大学出版社， 1993.6王福瑞.单片机微机测控系统
10、设计大全M. 北京：北京航空航天大学出版社，1998. 7于海生.微型计算机控制技术M.北京：清华大学出版社， 1999.8刘新正.控制电机M. 西安：西安电子科技大学出版社， 2000.9邱关源 .单片机控制M.北京:高等教育出版社，200010季维发秋.武生等.机电一体化技术M.北京：电子工业出版社，199511李伯成.伯李等编写IBM-PC微机应用系统设计1M.西安：西安电子科技大学，199612郭敬舒.机控制技术M.重庆：重庆大学出版社，199613秦曾煌.可编程控制原理应用M.北京：机械工业出版社，199914王立强.单片机控制M.上海：复旦大学出版社，1995五、毕业论文（设计）进程安排第1，2周 ： 查阅收集资料第3 周 ： 完成开题报告第4,5周 : 控制对象工艺要求分析和特性研究第612周： 系统控制方案，相应控制器选择，系统设计 第13周： 仿真，调试第14,15周： 总结资料，论文撰写第16周： 毕业答辩六、指导教师意见1对开题报告的评语2对开题报告的意见及建议指导教师（签名）： 年 月 日 4
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