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首页基于单片机的步进电机控制 毕业设计论文
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丝杠连动,带动 XY 工作台的直线运动,实现从起点 A 点到预定点 B 点的位移控
制。
整个系统采用模块化设计,结构简单,可靠,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。该系统可应用于步进电机在机电一体化控制等
大多数场合。
实践证明,基于单片机控制的步进电机比传统的步进控制器具有更好的性能,
更加简单、方便、可靠。本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执
行器件——步进电机。
关键词: 步进电机,单片机,正反转控制,加减速控制,XY 工作台
目 录
第一章 绪论......................................................................................................................0
1.1 步进电机及其发展...................................................................................................................0
1.2 步进电机在我国的发展应用及前景......................................................................................1
1.3 本文研究内容...........................................................................................................................1
第二章 步进电机的分类、结构、工作原理及特性......................................................2
2.1 步进电机的概念.......................................................................................................................2
2.2 步进电机的特点.......................................................................................................................2
2.4 步进电机的结构及工作原理..................................................................................................3
2

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2.5 步进电机的常用术语...............................................................................................................4
2.6 步进电机的振荡和失步...........................................................................................................5
2.7 阻尼方法...................................................................................................................................6
第三章 步进电机的驱动..................................................................................................7
3.1 单电压功率驱动接口...............................................................................................................7
3.2 双电压功率驱动接口...............................................................................................................8
3.3 高低压功率驱动接口...............................................................................................................8
第四章 步进电机的单片机控制....................................................................................10
4.1 步进电机控制系统组成........................................................................................................10
4.2 步进电机控制系统原理.........................................................................................................11
4.3 脉冲分配.................................................................................................................................11
4.4 步进电机与微型机的接口电路............................................................................................13
第五章 步进电机的运行控制........................................................................................15
5.1 步进电机的速度控制.............................................................................................................15
5.2 步进电机的位置控制.............................................................................................................15
5.3 步进电机的加减速控制.......................................................................................................16
第六章 步进电机的程序设计........................................................................................17
6.3 程序框图.................................................................................................................................18
6.4 汇编程序.................................................................................................................................20
设计总结.........................................................................................................................22
参考文献.........................................................................................................................23
3

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第一章 绪论
1.1 步进电机及其发展
步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机,它是基于最基本的电磁感应作用
将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。单片机控制的步进电机广
泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照
相机,大型望远镜,卫星天线定位系统等等。随着经济的发展,技术的进步和电
子技术的发展,步进电机的应用领域更加广阔,同时也对步进电机的运行性能提
出了更高的要求。
步进电机的原始模型起源于1830年至1860年,1870年前后开始以控制为目的
的尝试,应用于氩弧灯的电极输送机构中,这被认为最早的步进电机。
1950年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。到20世纪60年代后期,在步进电机本体方面随着永磁材料的发展,各
种实用性步进电机应运而生。步进电机往后经过不断改良,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。
图
1.1
步进电机的外观图
0

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1.2 步进电机在我国的发展应用及前景
我国步进电机的研究及制造起始于本世界50年代后期,从50年代后期到60年
代后期,主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。我
国在文化大革命中开始大量生产和应用步进电机,例如江苏、浙江、北京、南京
四川等各地都有投入生产,而且都在各行业使用,其中的驱动电路所有半导体器
件都是完全国产化的,当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路,还有电容耦合
输入的计数器,触发器,环形分配器。中等耐压的大功率半导体器件也完全国产
化。70年代初期,步进电机的生产和研究都有所突破,除反映在驱动器设计方面
的长足进步以外,对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高的水平。
70年代中期至80年代中期为成品发展阶段,新品种高性能电动机不断被开发。至
80年代中期以来,由于步进电机精确模型做了大量研究工作,各种混合式步进电
机及驱动器作为产品广泛利用。
目前,生产步进电机的厂家的确不少,但具有专业技术人员,能够自行开发
研制的厂家却非常少,大部分的厂家只一、二十人,连最基本的设备都没有。仅
仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。虽然
步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常
规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知
识。
1.3 本文研究内容
本设计主要是研究基于单片机的步进电机控制,采用单片机AT89C51和脉冲
分配器PMM8713控制步进电机在三相六拍工作方式下的启停控制,正反转控制
和加减速控制,以实现基于步进电机的XY工作台两点间的位移控制。
1
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