单片机对步进电机的控制
资料包括： 论文(38页16537字)
说明：
摘 要：步进电动机是用脉冲信号控制的，步距角和转速大小不受电压波动和负载变化的影响，也不受各种环境条件诸如温度、压力、振动、冲击等影响，而仅仅与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低可以大范围地调节电机的转速，并能实现快速起动、制动、反转，而且有自锁的能力，不需要机械制动装置，不经减速器也可获得低速运行。它每转过一周的步数是固定的，只要不丢步，角位移误差不存在长期积累的情况，主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。
在机电一体化中，步进电机是最常用的一种执行电机，它实现了机械中的角度、位移的数字化控制，从而使机械控制的精度大大提高。现代控制技术中普遍采用的方式为开环控制和闭环控制，开环控制结构简单成本低但其精度不是太高；闭环控制可以实现高精度的控制，但其结构复杂投入成本高。步进电机的出现解决了这一技术难题，它使得开环控制的精度和速度大大提高，由它组成的步进式伺服控制系统实现了数字化机械生产过程。数控机床便是这一技术的成功体现，伺服系统的性能是决定数控机床加工精度和生产效率的主要因素之一。由步进电机执行的机床结构见图1-1所示.
除数控机床广泛采用步进电机外，在数模转换装置、计算机外围设备、自动记录仪、钟表、印刷设备等中亦有应用。
本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执行器件——步进机。
关键词: 步进电机，脉冲信号，步距角，开环控制，闭环控制，伺服控制
前 言
步进电动机是数字控制系统的一种执行元件。它是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电动机，因此又被称为脉冲电动机。
给一个电脉冲信号，电动机就转过一个角度或前进一步，其角位移量θ（或位移S）与脉冲数k成正比，如图0.0（a）所示。它的转速n（或线速度v）与脉冲频率f成正比，如图0.0（b）所示。这些关系在负载能力范围内不因电压与负载大小以及环境条件的波动而变化。步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，如快速、起-停、正反转控制及制动等，这是步进电动机的突出优点。
近年来，电子技术及卫星计算机的迅发展为步进电动机的应用开辟了广阔的前景。在自控系统中，常常要有数字信号转换为角位移或心位移的电磁装置，步进电动机是工作特点恰好符合此要求。
步进电动机既可以在某一固定频率脉冲电源作用下作为驱动电动机恒速运行，也可以在某一受控脉冲作用下作为伺服电动机运行。当它作为自控系统中的执行元件时，系统对它的基本要求是：
（1）步进电动机在脉冲信号下要能快速起动、停转、正反转及在很宽的范围内调速。
（2）要求步进电动机步距精度高，不得丢步或越步。
（3）快速响应，即起动、停转、正反转要迅速。
（4）能直接带负载，输出一定的转距。
在该设计中我们选用8051单片机做为步进电机的控制器, 用它来实现步进电机的空载时的正反转\带负荷时的正反转以及各自速度的控制,在设计的最后我们研究了在自动门中单片机对步进电机的控制.
前 言I
摘 要III
目 录IV
1 步进电机的分类、结构、工作原理1
1.1 步进电机的分类和结构1
1.2 工作原理2
2 步进电机的机械运行特性5
2.1 静态运行状态5
2.2 步进运行状态6
2.3 连续运转状态8
3 步进电机的驱动10
3.1 步进电机对驱动电源的要求10
3.2 常见提高驱动电源的措施10
3.3 步进电机电源的分类11
4 实现轻负载时步进电机的正反转12
4.1 控制要求12
4.2 所需器材12
4.3 设计原理12
4.4 正反转控制程序流程13
4.5 步进电机正反转程序14
5 步进电机转速控制17
5.1 转速控制原理17
5.2 转速控制程序流程18
5.3 转速控制程序18
6 自动门的设计23
6.1 自动门设计功能与要求23
6.2 自动门设计的思路：23
6.3 硬件电路的设计与器件选择23
6.4 软件程序设计27
7 设计小结33
致 谢34
参考文献35
参考文献：
参考文献
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王季秩，曲家骐.执行电动机.北京.机械工业出版社，1997.7
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黄庆华，张永格.单片机开发技术与实训.北京.电子工业出版社，2006.7
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作者点评：
本次设计研究的内容是单片机对步进电机的控制，主要研究了单片机对步进电机的正反转、制动停止、速度的控制，最后结合一实例介绍了步进电机的应用。
此次设计中我们用的控制器是单片机，而对步进电机的控制，我们还可以使用PLC。PLC的优点在于使用方便、可靠性高、抗干扰性强，但其价格较贵，性价比的综合考虑之下，在稳定性、可靠性要求不是太高的场合，选用单片机作为控制器，便是一明智的选择。
做为一简单的设计，我们只是对步进电机的控制做了大概的介绍，步进电机作为一种特殊的电机，它对电源的要求是很高的，控制精度最主要的因素取决于电源。在第3节中我们只是简单提到了常见的驱动电路：单电压供电、高低压切换供电、调频调压供电，设计中我们只对单电压供电做了详尽的介绍，对后两种高级的驱动电路没做过多介绍，有兴趣的读者可以自行研究。
步进电机的应用是很普遍的，塔钟系统，遥控调音，机床控制等场合都有用到步进电机，希望此次研究可以为日后的工作带来帮助。