单片机的步进电机运行控制系统设计开题报告1

1、研究的目的和意义

    步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机,其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例.通过改变电脉冲频率,可在大范围内进行调速.同时,该电机还能快速起动、制动、反转和自锁.此外,步进电机易于实现与计算机或其他数字元件接口,适用于数字控制系统.步进电机只需采用最简单的开环控制就可取得非常高的控制精度，且这种系统不需要反馈信号，系统硬件实施比较简单。[3]

    采用低价的单片机控制系统, 可直接对步进电机进行控制，省去了昂贵的专用步进电机控制器，简化了硬件线路，降低了成本，提高了系统的可靠性。[2]

2、论文综述

    步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、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。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微 电子和计算机技术的发展 ，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民 经济领域都有应用。[4]

    通过理论知识的学习，查阅相关资料，学会元器件选择，通过实际动手安装与调试有关控制电路等过程，掌握电子线路设计的很多方法。应用电子技术实现步进电机的控制功能得到广泛应用，可以起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。[5]

3、论文的理论依据

    结合《数字电路技术》[1]、《电子技术基础课程设计》、《模拟电子技术基础》、《单片机》等有关知识进行设计。[7]

    论文的研究方法：按照设计要求及相关器件的原理进行研究和修改。

论文的研究内容：步进电机是一种将电脉冲信号转换成直 线位移或角位移的控制微电机,其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例.通过改变电脉冲频率,可在大范围内进行调速.同时,该电机还能快速起动、制动、反转和自锁.

步进电机控制程序设计的主要问题有三个；

    第一、控制脉冲产生；

    第二、步进电机的旋转方向和时序脉冲的关系； 

    第三、步数的确定。[10] 

    作为单片机控制步进电机的程序的构成也是主要由这几个问题，因此可以从这三个问题入手： 

   （1）控制脉冲的产生 

    在单片机控制步进电机时，一般来讲，控制是用软件产生的。方法是先输出一个高电平，然后延时，再输出低电平，再进行延时。延时时间的长短由步进电机的工作频率决定。 

   （2）步进电机的旋转方向和时序脉冲的关系产生时序脉冲的方法是: 

    1 单片机的 IO 端口，分别控制三相步进电机的 A B C 三相绕组 

    2 控制模式写出控制模型 

    3 制模型的顺序向步进电机输入控制脉冲。[6] 

   （3）步数的确定 步进电机运行的步数可由步距角和需要转过的角度来计算:

式中：－步距角

－转子齿数 

N－拍数(一般三拍时N=m或六拍时N=2m)

m－控制绕组相数，m=3 [8]

3、研究条件和可能存在的问题

（1）、研究条件：与步进电机控制系统有关的参考书籍和网络资源。

（2）、可能存在的问题：电路设计可能存在偏差，实际结果不是足够精确。[9]

参考文献

[1] 阎石 数字电子电路[Z] 北京：广播电视大学出版社 1992

[2] 实用电子电路手册[M] 北京：高等教育出版社 1992

[3] 吴琼水,曾立波,雷俊锋.MAX7000S在步进电机微机控制系统中的应用[J].电子技术.No.12, 2001.47-48

[4] 高军礼, 卢卓权. 步进电机一体化控制系统的设计[J]. 微计算机信息, 2007, 4-1: 69-70

[5] 童诗白 模拟电子技术基础[M]北京：高等教育出版社1982

[6] 李巡 MCS-51 系列微型计算机原理与应用[M]北京航空航天大学出版社2001，10-1

[7] 张毅钢 MCS-51 单片机应用设计[M] 哈尔滨工业大学出版社2008，4-1

[8] 周航慈 单片机应用程序设计技术[M] 北京航空航天大学出版社2011，2-1

[9] 赵长德 李华 李东MCS-51/98 单片机原理与应用[M] 机械工业出版社1900，1-1

[10] 赵志英 张友德 单片微型机原理、应用与实验[M] 复旦大学出版社2008。1-1

参考文献类型及标识：

参考文献类型

ATC51将控制脉冲从P0.1口输出，送入L297，L297产生单四拍的驱动信号，经L298放大后，驱动步进电机的各相绕组，使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作，并在液晶显示屏上显示相应的运行状态。

主管教学副院长（签章）                                    年   月   日