步进电机控制系统设计(附件)【字数：8169】
摘 要随着社会的发展和科技的进步，人们对生产设备提出了速度更快、精度更高的使用要求，电机作为生产设备最为重要的驱动源，在人们的日常生活和工业生产活动中具有广泛应用，发挥着不可替代的作用。电机的种类较多，步进电机就是其中一种，步进电机具有结构简单、控制方便、过载性能好和运行精度高的优点，常用在高精度和低速高扭矩的控制场合。步进电机也被称为脉冲电机，它是以控制器发出的脉冲信号作为驱动的运动元件。在不超过电机额定功率下，步进电机运动的位置和速度只与脉冲数和脉冲频率有关，不会受其它因素影响，我们只要通过简单的控制器给步进电机一个脉冲信号，它就会转动一个固定角度。步进电机具有低速运行振动大，启动和停止过程具有失步和过冲的缺点，基于细分控制的步进电机驱动方试可以使电机具有更高的定位精度、更小的低速振动以及更大的扭矩输出，但是具有细分功能的步进电机控制系统的价格昂贵，不便于大规模普及。针对上述步进电机控制系统所存在的缺陷，本文设计了基于单片机的步进电机控制系统，以较低的硬件成本实现较高的控制性能。文章首先介绍了步进电机控制系统的研究目的和意义，然后对国内外的研究现状进行分析。通过对步进电机控制系统总体方案进行分析，明确设计过程中的一些功能需求，为步进电机控制系统的设计提供了很好的设计方向。在选定总体方案后完成对硬件电路和软件电路设计，硬件设计包括了驱动电路、按键电路、指示灯电路和串口电路等电路设计，软件设计主要设计步进电机控制系统的控制流程以及C语言编程。本系统选用AT89S52作为主控制器，采用50N06三极管搭建双H桥电路，运用IR2103S半桥驱动器对其进行驱动。按键电路可以进行启停、加减速以及正反转控制，指示灯可以指示当前步进电机的运行状态。为了验证本设计的可行性，制作出了实物并对其进行实验，结果显示该步进电机控制系统具有较好的控制性能，基本满足使用需求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1本文的研究的目的和意义 1
1.2国内外研究概况 1
1.3本文主要工作内容 2
第二章 系统总体方案设计 3
2.1步进电机的控制原理 3
2.2总体方案设计 4
第三章 系统的硬件电路 5
3.1单片机最小系统设计 5
3.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.1管脚说明 5
3.1.2AT89S52最小系统 7
3.2双H桥电路设计 7
3.2.150N06晶体管简介 7
3.2.2双H桥电路设计 8
3.3H桥驱动电路设计 9
3.3.1IR2103S芯片简介 9
3.3.2H桥驱动电路设计 10
3.4按键电路设计 10
3.5指示灯电路设计 11
3.6串行接口电路设计 12
第四章 系统软件的设计 13
4.1主程序流程图 13
4.2加减速控制流程图 14
4.3正反转控制流程图 14
第五章 实验 15
结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
附录A 20
附录B 21 第一章 绪论
1.1本文的研究的目的和意义
随着社会的发展和科技的进步，电机作为一种最为重要的驱动源，在人们的日常生活和工业生产活动中具有广泛应用。电机的种类较多，步进电机就是其中一种，步进电机具有结构简单、控制方便、过载性能好和运行精度高的优点，常用在高精度和低速高扭矩的控制场合[1]。步进电机也被称为脉冲电机，它是以控制器发出的脉冲信号作为驱动的运动元件。在不超过电机额定功率下，我们给步进电机一个脉冲信号，步进电机就会转动到一个位置，调节脉冲频率，步进电机的转动速度也随着发生变化，步进电机的运行位置和速度只与脉冲数和脉冲频率有关[24]。步进电机可以和一些传感器组成闭环控制系统，实现闭环控制，进一步提升控制精度。因此，步进电机在打印等自动化设备中具有很广泛的应用[5]。
但是，步进电机具有低速运行振动大，启动和停止过程具有失步和过冲的缺点，通常的解决办法都是采用细分技术进行控制，基于细分控制的步进电机驱动方式可以使电机具有更高的定位精度、更小的低速振动以及更大的扭矩输出，但是具有细分功能的步进电机控制系统价格昂贵，不便于大规模普及使用[67]。随着微计算机和半导体技术的发展，很多领域对步进电动机的需求越来越高，如何开发出具有很好性能的步进电机控制系统具有十分重要的意义[8]。
1.2国内外研究概况
随着步进电机控制的问世，与之配套的步进电机控制系统也被研发出来，步进电机最早起源英国，上个世纪二十年代，由于军事需要，步进电机被研发出来[910]。国外对异步电机状态信息采集系统研究起步很早。最早的步进电机控制系统是由分离原件搭建而成，这种控制系统不仅体积庞大，结构复杂，而且控制效果也不太理想[11]。随着半导体技术的发展，上个世纪五十年代，晶体管被大规模使用，使步进电机的控制方式逐渐从模拟式转移到数字式控制[1213]。随着微计算机技术和芯片制造技术的发展，现如今的的步进电机控制系统多用集成的控制芯片，这样不仅减少了电路体积，控制性能也得到了很大提高[14]。比较著名的有日本东芝公司生产的TA774H芯片、意大利SGS公司生产的L297芯片[15]。为了提高步进电机的控制性能，上个世纪七十年代，美国学者第一次提出了步进电机细分控制技术，到目前已经得到广泛应用[16]。
国内在步进电机控制系统的研究方面起步晚，技术基础差，上个世纪七十年代才开始生产和使用，比较大的生产地是江苏和浙江，这些企业生产的产品类型齐全，基本上在各行业中都有使用[1718]。早期的驱动电路都是采用分立元器件搭建逻辑电路。早期的步进电机的主要应用在雷达和卫星等尖端军事项目上[19]。随着改革开放的进行，我国在经济和技术方面都取得了巨大突破，步进电机的很多先进控制技术也已经掌握，比如：细分控制技术。虽然我国在步进电机控制系统的研究和应用上取得了很大进展，但是和国外先进技术还相差比较大，很多关键技术和芯片还是被国外发达国家垄断[20]。
1.3本文主要工作内容
步进电机也被称为脉冲电机，它是以控制器发出的脉冲信号作为驱动的运动元件。步进电机具有低速运行振动大，启动和停止过程具有失步和过冲的缺点，通常的解决办法都是采用细分技术进行控制，基于细分控制的步进电机驱动方式可以使电机具有更高的定位精度、更小的低速振动以及更大的扭矩输出，但是具有细分功能的步进电机控制系统价格昂贵。
针对上述步进电机控制系统所存在的缺陷，本文采用搭建了基于单片机的双H桥步进电机控制系统，以较低的硬件成本实现较高的控制性能。文章首先介绍了步进电机控制系统的研究目的和意义，然后对国内外的研究现状进行分析。通过对步进电机控制系统总体方案进行分析，明确设计过程中的一些功能需求，为步进电机控制系统的设计提供了很好的设计方向。在选定总体方案后完成对硬件电路和软件电路设计，硬件设计包括了驱动电路、按键电路、指示灯电路和串口电路等电路设计，软件设计主要设计步进电机控制系统的控制流程以及C语言编程。本系统选用AT89S52作为主控制器，采用50N06三极管搭建双H桥电路，运用IR2103S半桥驱动器对其进行驱动。按键电路可以进行启停、加减速以及正反转控制，指示灯可以指示当前步进电机的运行状态。为了验证本设计的可行性，文章最后制作了实物并对其进行实验。
目 录
第一章 绪论 1
1.1本文的研究的目的和意义 1
1.2国内外研究概况 1
1.3本文主要工作内容 2
第二章 系统总体方案设计 3
2.1步进电机的控制原理 3
2.2总体方案设计 4
第三章 系统的硬件电路 5
3.1单片机最小系统设计 5
3.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.1管脚说明 5
3.1.2AT89S52最小系统 7
3.2双H桥电路设计 7
3.2.150N06晶体管简介 7
3.2.2双H桥电路设计 8
3.3H桥驱动电路设计 9
3.3.1IR2103S芯片简介 9
3.3.2H桥驱动电路设计 10
3.4按键电路设计 10
3.5指示灯电路设计 11
3.6串行接口电路设计 12
第四章 系统软件的设计 13
4.1主程序流程图 13
4.2加减速控制流程图 14
4.3正反转控制流程图 14
第五章 实验 15
结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
附录A 20
附录B 21 第一章 绪论
1.1本文的研究的目的和意义
随着社会的发展和科技的进步，电机作为一种最为重要的驱动源，在人们的日常生活和工业生产活动中具有广泛应用。电机的种类较多，步进电机就是其中一种，步进电机具有结构简单、控制方便、过载性能好和运行精度高的优点，常用在高精度和低速高扭矩的控制场合[1]。步进电机也被称为脉冲电机，它是以控制器发出的脉冲信号作为驱动的运动元件。在不超过电机额定功率下，我们给步进电机一个脉冲信号，步进电机就会转动到一个位置，调节脉冲频率，步进电机的转动速度也随着发生变化，步进电机的运行位置和速度只与脉冲数和脉冲频率有关[24]。步进电机可以和一些传感器组成闭环控制系统，实现闭环控制，进一步提升控制精度。因此，步进电机在打印等自动化设备中具有很广泛的应用[5]。
但是，步进电机具有低速运行振动大，启动和停止过程具有失步和过冲的缺点，通常的解决办法都是采用细分技术进行控制，基于细分控制的步进电机驱动方式可以使电机具有更高的定位精度、更小的低速振动以及更大的扭矩输出，但是具有细分功能的步进电机控制系统价格昂贵，不便于大规模普及使用[67]。随着微计算机和半导体技术的发展，很多领域对步进电动机的需求越来越高，如何开发出具有很好性能的步进电机控制系统具有十分重要的意义[8]。
1.2国内外研究概况
随着步进电机控制的问世，与之配套的步进电机控制系统也被研发出来，步进电机最早起源英国，上个世纪二十年代，由于军事需要，步进电机被研发出来[910]。国外对异步电机状态信息采集系统研究起步很早。最早的步进电机控制系统是由分离原件搭建而成，这种控制系统不仅体积庞大，结构复杂，而且控制效果也不太理想[11]。随着半导体技术的发展，上个世纪五十年代，晶体管被大规模使用，使步进电机的控制方式逐渐从模拟式转移到数字式控制[1213]。随着微计算机技术和芯片制造技术的发展，现如今的的步进电机控制系统多用集成的控制芯片，这样不仅减少了电路体积，控制性能也得到了很大提高[14]。比较著名的有日本东芝公司生产的TA774H芯片、意大利SGS公司生产的L297芯片[15]。为了提高步进电机的控制性能，上个世纪七十年代，美国学者第一次提出了步进电机细分控制技术，到目前已经得到广泛应用[16]。
国内在步进电机控制系统的研究方面起步晚，技术基础差，上个世纪七十年代才开始生产和使用，比较大的生产地是江苏和浙江，这些企业生产的产品类型齐全，基本上在各行业中都有使用[1718]。早期的驱动电路都是采用分立元器件搭建逻辑电路。早期的步进电机的主要应用在雷达和卫星等尖端军事项目上[19]。随着改革开放的进行，我国在经济和技术方面都取得了巨大突破，步进电机的很多先进控制技术也已经掌握，比如：细分控制技术。虽然我国在步进电机控制系统的研究和应用上取得了很大进展，但是和国外先进技术还相差比较大，很多关键技术和芯片还是被国外发达国家垄断[20]。
1.3本文主要工作内容
步进电机也被称为脉冲电机，它是以控制器发出的脉冲信号作为驱动的运动元件。步进电机具有低速运行振动大，启动和停止过程具有失步和过冲的缺点，通常的解决办法都是采用细分技术进行控制，基于细分控制的步进电机驱动方式可以使电机具有更高的定位精度、更小的低速振动以及更大的扭矩输出，但是具有细分功能的步进电机控制系统价格昂贵。
针对上述步进电机控制系统所存在的缺陷，本文采用搭建了基于单片机的双H桥步进电机控制系统，以较低的硬件成本实现较高的控制性能。文章首先介绍了步进电机控制系统的研究目的和意义，然后对国内外的研究现状进行分析。通过对步进电机控制系统总体方案进行分析，明确设计过程中的一些功能需求，为步进电机控制系统的设计提供了很好的设计方向。在选定总体方案后完成对硬件电路和软件电路设计，硬件设计包括了驱动电路、按键电路、指示灯电路和串口电路等电路设计，软件设计主要设计步进电机控制系统的控制流程以及C语言编程。本系统选用AT89S52作为主控制器，采用50N06三极管搭建双H桥电路，运用IR2103S半桥驱动器对其进行驱动。按键电路可以进行启停、加减速以及正反转控制，指示灯可以指示当前步进电机的运行状态。为了验证本设计的可行性，文章最后制作了实物并对其进行实验。
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