基于STC89C52的步进电机调速系统.docVIP

目录 摘 要 3 一 课程设计目的 4 二 系统简介 5 2.1 步进电机工作原理简介 5 2.2 步进电动机的励磁方式 6 6 2.2.2 一-二相励磁 7 2.3 步进电机基本参数 7 2.4 闭环PID控制原理 8 三 方案选择 8 3.1 控制器的选择 8 3.2 显示器的选择方案 9 3.3 转速信号采集方案 9 3.4 电机驱动芯片的选择 9 四 硬件总体设计 9 4.1 系统原理框图 9 4.2 系统电路原理图 10 五 软件总体设计 10 六 功能模块介绍 11 6.1硬件模块 11 6.1.1 STC89C52RC型单片机最小系统 11 6.1.2 ULN2003APG驱动电路 12 6.1.3 74HC14E 12 6.1.4 测速模块 13 6.1.5 显示电路 13 6.2软件模块 14 6.2.1 LCD显示模块 14 6.2.2 键盘电机模块 16 6.2.3 PWM模块 17 6.2.4 测速模块 18 七 验证与测试 19 7.1验证 19 7.2测试 19 7.3 运行结果 20 八 小组分工 21 九 设计中的问题 22 十 参考文献 23 附录 24 1. 完整程序 24 2.原理图、仿真图、PCB图 33  摘 要 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电磁机械装置，属于输出与输入脉冲对应的增量驱动元件。它具有步进数可控，运行平稳，价格便宜等优点，广泛应用于数控机床、机器人控制、绘图仪、石英钟表等数字控 制和自动控制系统中。 因为步进电机的特殊工作原理，它的转动需要特殊的脉冲频率控制。目前， 步进电机最普遍的控制调速方法是利用单片机和软件编程，其控制方法简单易懂，操作方便，可靠性高并且成本低廉。在现在控制系统中，通过数字PID可以对其进行更精确的控制。 【关键词】步进电机 脉冲 单片机 数字PID 一 课程设计目的 设计一个由MCS51或其他单片机组成步进电机调速系统。步进电机调速系统应由以下模块组成：测速模块、键盘模块、显示电路、电机模块。其中键盘模块可以输入电机的预期转速、方向，系统自动计算出PWM等信号驱动电机转动；测速模块可以获取实际的电机转速信息，并将其反馈系统，且通过显示模块显示实际的转速值；系统设计一个PID控制器调节输出信号量，使得电机按照指定的预设值转动。 要求： 1．显示模块，能显示预设值、实际测量值和表明转动方向 2．键盘能预设实际转速值和方向 3．控制器使用数字PID，调节转速 4. 完成整个电路设计和软件设计 二 系统简介 2.1 步进电机工作原理简介 步进电机属于实用的典型的机电一体化组件。它是一种将电脉冲信号转化为角位移或直线位移的执行机构。又可称脉冲电机或阶跃电机，国外常称为Step motor、Stepping motor、Stepper motor等等。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按照设定的方向转动一个固定的角度（称为“步据角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到确定的目的；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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有累积误差的特点，广泛运用于各种开环控制。步进电机的优缺点如下： (1)在不失步的前提下步进电机的角位移与输入脉冲数严格的成正比，因此不存在累计误差，具有良好的跟随性。 (2)步进电机的动态响应快、易于启停、正反转及变速。 (3)可用数字信号直接进行开环控制，容易构成简单廉价但可靠的数字控制系统。同时，在要求高时它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。 (4)停止时具有自锁能力。 (5)速度可在相当宽范围内平滑调节。 (6)无刷，电机本体部件少，可靠性高。 (7)一般可以不用减速器而直接驱动负载。 (8)带惯性负载的能力较差。 (9)由于步进电机存在振荡和失步现象，因此必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。 (10)步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用普通的交直流电源驱动。 2.2 步进电动机的励磁方式 (PID)。其调节规律可用（1）式表示。 （1） 式中： 为微分常数，它的物理意义是当调节器微分调节作用与比例调节作用的输出相等时所需的调节时间称为微分常数． 三 方案选择 3.1 控制器的选择 使用51单片机为核心,适合系统控制。 本系统采用STC89C52单片机，STC89C52单片机与51单片机兼容同时可以通过下载线下载程序，方便了程序的调试和运行。 3.2 显示器的选择方案 方案一：选用LED数码管显示电机转