单片机控制的步进电机设计指导教师评语指导教师签章评阅人评语评阅人签章成绩答辩委员会主任签章年月日西南交通大学本科毕业设计论文第页毕业设计论文任务书班级学生姓名学号发题日期年月日完成日期年月日题目基于单片机控制的步进电机本论文的目的意义步进电机是种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。目的本课程设计的内容是利用单片机，达到控制步进电机的启动停止正转反转多档速度调速和状态显示的目的，使步进电机控制更加灵活。利用六位数码管增设电机状态显示功能，各项数据更直观。意义因为步进电动机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能上能满足工业控制的基本要求，广泛地应用于手工业自动控制数控机床卫星天线定位系统医疗器件以及各种可控机械工具等等，并且在航空航天汽车精密电子等行业也被广泛应用。在电工设备中的应用，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在控制系统中，步进电机还有其它的用途，例如测速电机伺服电机等。学生应完成的任务查阅单片机以及步进电机的相关资料，了解步进电机工作情况选择合适的电子元件设计出硬件电路并生成板编写软件程序实现启动停止正转反转调速和状态显示的目的综合调试撰写毕业论文。论文各部分内容及时间分配共周第部分查阅资料周第二部分系统结构设计周西南交通大学本科毕业设计论文第页第三部分系统的应用程序设计周第四部分综合调试周第五部分撰写毕业设计资料周评阅及答辩周备注答辩前应向指导老师交毕业设计论文说明书书面文档应不少于万千个汉字和电子文档含毕业设计论文说明书及应用软件。指导教师年月日审批人年月日西南交通大学本科毕业设计论文摘要步进电机是将电脉冲信号转为角位移或线位移的开环控制元件。由步进电动机组成的开环系统既简单廉价，又可靠稳定。它有瞬间启动，急速停止，精度高等特点。目前打印机，绘图仪，机器人，数控机床等等设备都以步进电机为核心动力。在各种办公自动化设备以及控制装置等领域中有着极其广泛的应用。本文介绍的是基于单片机的控制步进电机的系统设计，通过单片机驱动芯片以及相应的按键实现各种功能，并且步进电机的工作状态要用相应的数码管显示出来。本系统采用模块化设计，结构简单，可靠，清晰明了。通过人机交互换接口可实现各功能设置，操作简单，易于掌握。本文内容介绍了步进电机以及单片机原理该系统的硬件电路程序组成，同时对软硬件进行了调试，介绍了制作板步骤。该设计具有思路明确可靠性高稳定性强等特点，通过调试实现以下几个主要功能控制步进电机实现正转和反转控制步进电机转速设计步进电机的脉冲放大电路，能驱动相电压为相电流位为的步进电机工作实现对步进电机圈数的预置同步显示步进电机所转圈数。关键词步进电机语言西南交通大学本科毕业设计论文西南交通大学本科毕业设计论文第页摘要第章绪论引言本文研究的目的和意义国内外研究概况及趋势本文研究内容第章步进电机的工作原理及特性步进电机的概念步进电机的特点步进电机的分类步进电机的工作原理步进电机结构三相对齿和错齿工作原理工作方式四相步进电机的常用术语步进电机的振荡和失步振荡失步第章硬件电路设计步进电机驱动系统控制模块驱动模块显示模块按键模块步进电机部分西南交通大学本科毕业设计论文第页第章软件设计程序流程图系统主程序定时中断设计外部中断设计第章板设计及硬件调试简介制作过程原理图绘制元件封装规划电路板电路板编辑器布置元件自动布线与手工调整文件的保存本设计的硬件电路调试结论致谢参考文献附录附录西南交通大学本科毕业设计论文第页第章绪论引言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制造业，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，具有很多优点的步进电机就是个重要角色，比如在数控技术中。步进电动机又称脉冲电动机，其应用发展己有约年的历史。可以说步进电机是纯粹的数字控制电动机，步进电机驱动器通过控制脉冲，控制步进电动机各相绕组的导通或截止，从而使电动机产生步进运动。就是说给个电脉冲信号，电动机就转过个角度或者前进步，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。步进电动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，这是步进电动机最突出的优点。正是由于步进电机具有突出的优点，所以成了机电体化的关键产品之，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，所以本课题的研究相当有必要。本文研究的目的和意义步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是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，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。西南交通大学本科毕业设计论文第页国内外研究概况及趋势在日本，年代初期，开发了用于数控装置及计算机外部设备的磁阻式步进电动机。年代中期至今，开发了混合式步进电动机。在我国，步进电动机的研制始于年。当时只有清华大学，华中理工大学等少数高等院校在从事这项工作。到了年代末，年代初，由于电子工业和数字控制技术的发展，特别是数字控制线切割机床发展的需要，才使步进电动机的研究工作蓬勃开展起来。经过四十几年的发展，随着步进电动机理论的日臻完善，特别是磁阻式步进电动机，产品品种规格，门类的系列化以及出现了象无刷直流电动机系统那种更优越的伺服系统，才使得步进电动机的发展势头有所缓和，总体看来，目前其发展正趋于平缓。步进电动机的种类很多，按其工作原理可分为磁阻式永磁式混合式三大类型。由于上述三种类型步进电动机的结构及作用原理各不相同，因此其市场的应用以及发展的情况也各不相同。但不管如何发展，总离不开轻薄短小高效率低振动低噪声低价格微特电机发展的永恒主题。本文研究内容本论文所选的步进电机是四相步进电机，实现步进电机加速减速，正转反转，预置圈数，圈数同步，以及转速级别显示。采用的方法是利用单片机控制步进电机的驱动。步进电机是种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动个固定的角度称为步距角，它的旋转是以固定的角度步步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。本次毕业设计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机的速度的，并且通过数码管显示其转速的级别。另外通过单片机实现它的正反转，步进电机可以作为种控制用的特种电机，利用其没有积累误差精度为的特点，广泛应用于各种开环控制。西南交通大学本科毕业设计论文第页第章步进电机的工作原理及特性步进电机的概念步进电机是种将电脉冲转为角位移或线位移的执行机构。简单点讲，当驱动器接收到个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动个固定的角度即步进角。我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的同时我们也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。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，即给电机加个脉冲信号，电机则转过个步距角。这线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单精度高。从原理上讲，步进电机是种低速同步电动机。本次毕业设计采用的是步距角为度的四相八拍永磁式步进电机。步进电机的特点般步进电机的精度为步进角的，角位移与输入脉冲数严格成正比，没有累计误差，具有良好的跟随性。步进电机外表不允许较高的温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏度以上，有的甚至高达摄氏度以上，所以步进电机外表温度在摄氏度完全正常。步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成个反向电动势频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率或速度的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统，既非常简单廉价，又非常的可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。步进电机的动态响应快，易于启停，正反转及变速。西南交通大学本科毕业设计论文第页速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩，因此，般可以不用减速器而直接驱动负载。步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。步进电机低速时可以正常运转，但若高于定速度就无法启动，并伴有啸叫声。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。如打印机，绘图仪数控机床切割。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。步进电机的分类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