单片机步进电机控制系统设计(附件)【字数：10169】
摘 要伴随着科学技术的飞速发展，智能化系统已经逐渐深入到我们的日常生活中，不断的为我们的生活提供便利。智能化系统的组成缺少不了一个核心控制单元，而单片机的发展，正好满足了这一需求。单片机功能强大且兼容性好，在步进电机的控制方面运用广泛，如像机、打印机、数控切割和自动幕帘等等。在本文设计中，采用了微波传感器、51单片机、0832数/模转换器、L6506步进电机控制器、L298N功率放大器和42型两相双极性混合式步进电机组成一个以自动感应门为背景的闭环控制系统。通过传感器感应移动物体，触发单片机的外部中断，输出细分后的步进脉冲，经过控制和放大电路来使电机工作。实现了对步进电机的细分驱动控制和正反转功能。经过仿真调试，基本实现了系统功能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1步进电机概述和驱动方式 1
1.2传感器与单片机概述 1
1.3现状及发展趋势 2
1.4本课题研究内容 2
第二章 系统的设计方案 3
2.1传感器 3
2.2单片机与步进电机驱动设计 3
2.3步进电机种类的选择 4
第三章 系统的硬件设计 6
3.1传感器模块硬件 6
3.2单片机选择 7
3.2.1单片机型号及参数 7
3.2.2单片机输入/输出 7
3.2.3单片机最小系统 8
3.3细分驱动电路硬件 9
3.3.1数模转换器 9
3.3.2步进电机控制器 9
3.3.3功率放大器 10
3.4步进电机选型 11
第四章 系统的软件电路设计 13
4.1系统功能概述 13
4.2系统软件编程流程图 14
4.3软件编程原理 16
第五章 系统的仿真调试 17
5.1系统构件 17
5.2仿真结果 17
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附 录 24
第一章 绪论
1.1步进电机概述和驱动方式< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
br /> 步进电机区别于其他电机，是通过将电脉冲信号转换成对应的转角或者线位移量的执行装置。步进电机每运转一个角度对应一个驱动脉冲信号，因此步进电机的运转实际上是由多个连续的电脉冲信号来驱动的，能够实现转动角量的控制。由于步进电机的运转量与电脉冲之间成正比关系，因此可以通过改变脉冲信号的频率和输入的脉冲个数，改变步进电机的运转速度和运转位置的控制。步进电机按照其种类和自身结构的不同，可以分成很多类别。如按照相序来分，分为两相、四相和六相；按照其性质来分，可以分为：混合式、反应式以及永磁式。而混合式步进电机具有反应式和永磁式的优点，从而被广泛的运用。
步进电机的运转必需要使用专用的驱动电路，其中驱动器原理是将每一个步进脉冲信号，按照一定相序给步进电机的各相绕组通以设定的电流，以此步进电机产生必要的转矩，驱动转子转动。通常在一个步进电机系统中，主要通过控制器和功率放大器来控制步进电机。由于步进电机运转是一步一步来的，会产生相应的振动和噪声，容易不稳定。所以驱动电路的设计变得犹为重要，直接在一定程度上决定了步进电机运转的效率。常用的驱动系统中，只需要脉冲产生器和功率放大就能驱动电机工作，为了达到控制电机运转的精确性，需要专门的控制器对步进电机检测配合单片机来控制。步进电机的驱动方式经历了单电压驱动、斩波恒流驱动、高低压驱动，调频调压驱动和细分驱动等，实现了对步进电机控制精度上的增加，并且控制电路越来越简易。
1.2传感器与单片机概述
传感器是一种敏感元件，能够模拟人体感官，能够感受被测量的细微变化，并且将这种细微变化，按照其设定规律变换成电信号或者其他方式量，通过对这些信息量的处理、接收和处理，实现对信息存储、显示、记录和对其他器件智能化控制。传感器本身体积小，能够数字化处理，而且能够仿真人体感官，因此具有智能化的优点，并且传感器能够对信息量进行网络传输，因此传感器是许多智能化系统中的首要环节。通常传感器按照感知功能可以分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏元件等十大类。
单片机作为一种集成电路芯片，采用大规模集成电路技术，将拥有数据处理功能的中央处理器CPU、存储器、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到到一块硅片上，组成一个小而完善微型计算机控制系统。与普通的计算机相比，单片机具有体积小、结构简单、可靠性高、控制能力强、低电压、低功耗和高性价比等优点。因此单片机应用的领域十分广泛，如智能仪表、实时监控、导航系统、医用设备、网络通信、模块系统、全自动设备系统等。
1.3现状及发展趋势
目前在数字化控制的生产和精确定位的系统的应用领域中，采用步进电机作为伺服控制的系统占其中的三分之二。所以，改善步进电机系统的驱动控制电路，可以在一定程度上提高系统的运行精度，是提高系统整体性能的关键。并且如今步进电机的控制方法已经由传统的PID控制方法发展到如今性能更加优良，结构更加简单的数字式PID控制方法，并且取得了较好的效果，在一定程度上改善了系统产生的误差，提高了系统运行的精度。随着自动化控制技术的日渐成熟、计算机网络通信技术在众多领域中的飞速发展和频繁使用，以及现今信息的数字化和智能化控制技术的出现，由单片机作为主要控制的步进电机系统将会在越来越广的系统中出现，尤其在如今智能化领域的快速发展，这将会成为不可缺少的一部分。
1.4本课题研究内容
本毕业设计主要内容是研究单片机控制的步进电机系统。通过自动感应门运行的原理为模型，通过传感器技术设计一个闭环控制体统，为提高步进电机运行精度，在步进电机驱动方面采用细分驱动。其主要内容为：（1）对自动感应门系统的结构进行分析，将自动感应门各部分系统分块研究；（2）传感器模块为单片机提供触发信号即高电平的实现；（3）组成单片机最小系统；（4）构建细分驱动模块和功率放大模块；（5）单片机在软件上实现系统功能和达到细分驱动；（6）绘制各模块电路接线图、流程图和系统原理图；（6）对系统进行仿真调试。
目 录
第一章 绪论 1
1.1步进电机概述和驱动方式 1
1.2传感器与单片机概述 1
1.3现状及发展趋势 2
1.4本课题研究内容 2
第二章 系统的设计方案 3
2.1传感器 3
2.2单片机与步进电机驱动设计 3
2.3步进电机种类的选择 4
第三章 系统的硬件设计 6
3.1传感器模块硬件 6
3.2单片机选择 7
3.2.1单片机型号及参数 7
3.2.2单片机输入/输出 7
3.2.3单片机最小系统 8
3.3细分驱动电路硬件 9
3.3.1数模转换器 9
3.3.2步进电机控制器 9
3.3.3功率放大器 10
3.4步进电机选型 11
第四章 系统的软件电路设计 13
4.1系统功能概述 13
4.2系统软件编程流程图 14
4.3软件编程原理 16
第五章 系统的仿真调试 17
5.1系统构件 17
5.2仿真结果 17
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附 录 24
第一章 绪论
1.1步进电机概述和驱动方式< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
br /> 步进电机区别于其他电机，是通过将电脉冲信号转换成对应的转角或者线位移量的执行装置。步进电机每运转一个角度对应一个驱动脉冲信号，因此步进电机的运转实际上是由多个连续的电脉冲信号来驱动的，能够实现转动角量的控制。由于步进电机的运转量与电脉冲之间成正比关系，因此可以通过改变脉冲信号的频率和输入的脉冲个数，改变步进电机的运转速度和运转位置的控制。步进电机按照其种类和自身结构的不同，可以分成很多类别。如按照相序来分，分为两相、四相和六相；按照其性质来分，可以分为：混合式、反应式以及永磁式。而混合式步进电机具有反应式和永磁式的优点，从而被广泛的运用。
步进电机的运转必需要使用专用的驱动电路，其中驱动器原理是将每一个步进脉冲信号，按照一定相序给步进电机的各相绕组通以设定的电流，以此步进电机产生必要的转矩，驱动转子转动。通常在一个步进电机系统中，主要通过控制器和功率放大器来控制步进电机。由于步进电机运转是一步一步来的，会产生相应的振动和噪声，容易不稳定。所以驱动电路的设计变得犹为重要，直接在一定程度上决定了步进电机运转的效率。常用的驱动系统中，只需要脉冲产生器和功率放大就能驱动电机工作，为了达到控制电机运转的精确性，需要专门的控制器对步进电机检测配合单片机来控制。步进电机的驱动方式经历了单电压驱动、斩波恒流驱动、高低压驱动，调频调压驱动和细分驱动等，实现了对步进电机控制精度上的增加，并且控制电路越来越简易。
1.2传感器与单片机概述
传感器是一种敏感元件，能够模拟人体感官，能够感受被测量的细微变化，并且将这种细微变化，按照其设定规律变换成电信号或者其他方式量，通过对这些信息量的处理、接收和处理，实现对信息存储、显示、记录和对其他器件智能化控制。传感器本身体积小，能够数字化处理，而且能够仿真人体感官，因此具有智能化的优点，并且传感器能够对信息量进行网络传输，因此传感器是许多智能化系统中的首要环节。通常传感器按照感知功能可以分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏元件等十大类。
单片机作为一种集成电路芯片，采用大规模集成电路技术，将拥有数据处理功能的中央处理器CPU、存储器、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到到一块硅片上，组成一个小而完善微型计算机控制系统。与普通的计算机相比，单片机具有体积小、结构简单、可靠性高、控制能力强、低电压、低功耗和高性价比等优点。因此单片机应用的领域十分广泛，如智能仪表、实时监控、导航系统、医用设备、网络通信、模块系统、全自动设备系统等。
1.3现状及发展趋势
目前在数字化控制的生产和精确定位的系统的应用领域中，采用步进电机作为伺服控制的系统占其中的三分之二。所以，改善步进电机系统的驱动控制电路，可以在一定程度上提高系统的运行精度，是提高系统整体性能的关键。并且如今步进电机的控制方法已经由传统的PID控制方法发展到如今性能更加优良，结构更加简单的数字式PID控制方法，并且取得了较好的效果，在一定程度上改善了系统产生的误差，提高了系统运行的精度。随着自动化控制技术的日渐成熟、计算机网络通信技术在众多领域中的飞速发展和频繁使用，以及现今信息的数字化和智能化控制技术的出现，由单片机作为主要控制的步进电机系统将会在越来越广的系统中出现，尤其在如今智能化领域的快速发展，这将会成为不可缺少的一部分。
1.4本课题研究内容
本毕业设计主要内容是研究单片机控制的步进电机系统。通过自动感应门运行的原理为模型，通过传感器技术设计一个闭环控制体统，为提高步进电机运行精度，在步进电机驱动方面采用细分驱动。其主要内容为：（1）对自动感应门系统的结构进行分析，将自动感应门各部分系统分块研究；（2）传感器模块为单片机提供触发信号即高电平的实现；（3）组成单片机最小系统；（4）构建细分驱动模块和功率放大模块；（5）单片机在软件上实现系统功能和达到细分驱动；（6）绘制各模块电路接线图、流程图和系统原理图；（6）对系统进行仿真调试。
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