本科学位论文-基于单片机的步进电机控制系统设计.doc

摘 要 本文先介绍了混合式步进电机的结构和工作原理，分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用，论述了正弦波细分驱动可以实现等步距角、等力矩均匀细分驱动的原理，提出了一种基于H桥和其他分立元件分配脉冲的驱动技术，该方案可实现步进电机的单拍、半拍、双拍三种工作方式。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、液晶显示电路组成，单片机是控制系统的核心。文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。 关键词：单片机；正弦脉宽调制；混合式步进电机；细分驱动 The Design of Stepper Motor Controller ABSTRACT In this paper, the working principle and configuration of three-phase hybrid Stepper are introduced, then based on technologies such as stepper motor controller, PWM inverter and microcontroller. In the thesis, we develop a single chip computer -based digital controlling system for a three-phase hybrid stepper motor that is mainly constructed from a AT89C51 single chip computer and ST7920IC which is used as the core of control parts. The systems whole architecture, the design of hardware and software are introduced in detail. KEY WORDS: Microcontroller，SPWM，Hybrid stepper motor，Micro-stepping driver 目 录 1绪论 1.1 步进电机概述 1 1.2 步进电机的特征 1 1.3 步进电机驱动系统概述 2 1.4 课题研究的主要内容 3 2 步进电机驱动系统的方案论证 5 2.1 步进电机驱动系统简介 5 2.2 步进电机驱动器的特点 5 2.3 混合式步进电机的驱动电路分类和性能比较 6 2.3.1 双极性驱动器与单极性驱动器 6 2.3.2 单电压驱动方式 8 2.3.3 高低压驱动方式 9 2.3.4 斩波恒流驱动 10 2.4 方案的确定 11 3 混合式步进电动机驱动控制系统硬件设计 12 3.1单片机最小系统 12 3.2 红外遥控电路 13 3.2.1 红外发射电路 13 3.2.2 红外接收电路 15 3.3 LCD显示电路 15 3.4 双机通讯 17 3.5 步进电机驱动部分 17 3.5.1 单极性步进电机驱动 17 3.5.2 双极性步进电机驱动 18 3.6 电源电路 19 4 软件设计 21 4.1 主机LCD显示菜单程序 21 4.2 双机通讯程序 22 4.3 下位机步进电机驱动程序 24 5 驱动器试验结果 25 5.1 概述 25 5.2 试验内容和结论 25 总结 27 致谢 28 参考文献 29 1 绪论 1.1 步进电机概述 步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或直线运动的执行机构，由步进电机及其功率驱动装置构成一个开环的定位运动系统。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步距角)。脉冲输入越多，电机转子转过的角度就越多；输入脉冲的频率越高，电机的转速就越快。因此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，从而达到调速的目的。步进电机种类，根据自身的结构不同，可分为常用三大类:反应式(VR，也称磁阻式)、永磁式(PM)，混合式(HB)。其中混合式步进电机兼有反应式和永磁式的优点，它的应用越来越广泛。 1.2 步进电机的特征 步进电机具有自身的特点，归纳起来有： （1）位置及速度控制简便： 步进电机在输入脉冲信号时，可以依输入的脉冲数量做固定角度的旋转而得到灵活的角度控制(位置控制)。因为速度和输入脉冲的频率成正比，运转速度可在相当宽范围内平滑调节。 （2）可以直接进行开环控制： 因为步距误差不长期累积，可以不需要速度传感器以及位置传感器，就能以输入的脉冲数量和频率构成具有一定精度的开环控制系统。 （3）高可靠性： 不使用电刷，电机的寿命长，仅取决于轴承的寿命。 （4）具定