基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器開題報(bào)告doc

1、畢 業(yè) 論 文 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告題 目 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 孫 錦 學(xué)號 0917042014 所在院(系) 電 氣 工 程 系 專業(yè)班級 自 控 專 升 本 091 指導(dǎo)教師 李 娟 2011 年 3 月 21日題 目基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制器設(shè)計(jì)一、選題的目的及研究意義步進(jìn)電機(jī)已成為除直流電機(jī)和交流電機(jī)以外的第三類電動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生活和生產(chǎn)進(jìn)入電氣化過程中起這關(guān)機(jī)的作用?？墒窃谌祟惿鐣?huì)進(jìn)入電氣化時(shí)代的今天，傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)已不能滿足工業(yè)自動(dòng)化和辦公自動(dòng)化等各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的要求。發(fā)展了一系列新的具有控制功能的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中

2、較有自己的特點(diǎn)，且應(yīng)用十分廣泛的就是步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)工業(yè)密切相關(guān)。自從步進(jìn)電機(jī)在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備上取代小型電動(dòng)機(jī)以后，使其設(shè)備的性能提高，很快的促進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展。另一方面，微型計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，又將作為數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行部件的步進(jìn)電機(jī)推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域，比如電加工機(jī)床，小功率機(jī)械加工機(jī)床，測量儀器，光學(xué)和醫(yī)學(xué)儀器以及包裝機(jī)械等。本課題通過單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確控制，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開懷控制元件。在非超載的情況，電機(jī)的轉(zhuǎn)速，停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給一個(gè)脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一現(xiàn)行關(guān)系

3、的存在加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無積累誤差等特點(diǎn)，使得在速度，位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)控制變得非常簡單。步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速一般是改變輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每給一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，這樣就可以通過控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來改變脈沖的頻率，延時(shí)的長短來具體控制步距角從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。在本設(shè)計(jì)方案中采用at89c51型單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器改變cp脈沖的頻率從而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速與正反轉(zhuǎn)的功能。二、綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年由英國人所研發(fā)

4、。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，這對于數(shù)字化的控制變得更為容易。以后經(jīng)過不斷地改良使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度，高分解性能，高響應(yīng)性，信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中，在生產(chǎn)過程中要求自動(dòng)化，省人力，效率高的機(jī)械中，我們和容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度，位置控制，需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場合步進(jìn)電機(jī)用的最多。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，使機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，使得各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都在應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)可以直接用

5、數(shù)字信號驅(qū)動(dòng)，使用非常方便。一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每給一個(gè)脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進(jìn)電機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比，它在時(shí)間上與輸入脈沖同步，因次只要控制輸入脈沖的數(shù)量，頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電的相序，便可獲得所需要的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在沒有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)還具有快速啟動(dòng)，精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，因而在數(shù)控車床，繪圖儀，打印機(jī)以及光學(xué)儀器中得到廣泛應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)已成為除直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)以外的第三類電動(dòng)機(jī)。

6、傳統(tǒng)電機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差（精度為100%）的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開懷控制?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（），永磁式步進(jìn)電機(jī)（），混合式步進(jìn)電機(jī)（）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步距角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步距角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都和大。反應(yīng)式的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜绞侵富旌狭擞来攀胶头磻?yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，它又分為兩相和五相：兩相步距角一般為1.8度而五相步

7、距角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。三、對本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術(shù)路線）或設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）方案進(jìn)行說明，論文要寫出相應(yīng)的寫作提綱本課題主要研究的問題是基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速問題。選用四相單四拍步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)選用89c51作為控制器。選用uln2083作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。然后用串口輸出方式顯示出來。具體設(shè)計(jì)如下：控制方式的確定：步進(jìn)電機(jī)控制雖然比較精確地，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低，簡單，控制方便等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)可以用兩種辦法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。一種是延時(shí)，一種是定時(shí)。控制電

8、路的確定：按照系統(tǒng)控制的要求，控制輸入部分由啟動(dòng)控制，換向控制，加速控制，減速控制。驅(qū)動(dòng)電路的確定：并于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)有兩種方法,一種是通過cpu直接驅(qū)動(dòng)，另一種方式通過cpu間接驅(qū)動(dòng)，我們選擇后一種。驅(qū)動(dòng)電路的選擇：步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有多種，但是最為常用的就是單電壓驅(qū)動(dòng)，雙電壓驅(qū)動(dòng)，斬波驅(qū)動(dòng)，細(xì)分控制驅(qū)動(dòng)等。本課題對步進(jìn)電機(jī)的精度要求比較高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍比較廣，固選驅(qū)動(dòng)芯片uln2083來驅(qū)動(dòng)，并通過軟件來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速.硬件電路的設(shè)計(jì)：cpu采用89c51作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片：步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)選用四相四拍的步進(jìn)電機(jī)；在顯示電路中，主要利用單片機(jī)的p0口和p2口，采用兩個(gè)共陽極數(shù)碼管來顯示

9、。第一個(gè)數(shù)碼管用來顯示電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，第二個(gè)數(shù)碼管用來顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速級別總共七級。軟件的設(shè)計(jì)：包括顯示程序，驅(qū)動(dòng)程序，正反轉(zhuǎn)程序，轉(zhuǎn)速快慢程序，以及定時(shí)中斷程序。四、檢索與本課題有關(guān)參考文獻(xiàn)資料的簡要說明1張洪潤，藍(lán)清華.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程m .北京：清華大學(xué)出版社，1997.2陳理壁.步進(jìn)電機(jī)及應(yīng)用m .上海：上?？萍技夹g(shù)出版社.，1989.3劉保延.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)m. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1997.4劉國榮.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)技術(shù)m. 北京；機(jī)械工業(yè)出版社， 1996.5何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1993.6王福瑞.單片機(jī)微機(jī)測控系統(tǒng)

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