步进电动机应用及发展趋势[论文]
步进电机完整毕业论文
摘要本文介绍了单片机控制步进电机的系统。
在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。
本系统的硬件组成主要有：51系列单片机、L298N驱动电路、直流电压源等。
同时对系统设计中所用到的一些软件都进行了介绍。
本系统用51系列单片机和L298N电机驱动芯片并加入了键盘来控制步进电机实现转向、转速等。
系统中使用的是永磁式二相步进电机，相应的驱动和控制电路对于其整体性能起着非常重要的作用。
经系统调试，能够很好的控制步进电机的正反转、加减速、急停，从而达到预期目的。
整个系统具有结构简单、可靠性高、成本低和实用性强等特点，具有较高的通用性和应用推广价值。
关键词：51系列单片机；L298N驱动电路；正反转；急停AbstractThis paper, we introduces a stepper motor system which controlled by SCM. In the Electrical era today, Motor has been playing a very important role in the modernization of production and life. Stepper motor is a common used implementing agency in motor control. The principle is by switching the coil current and the order in its each phase to make a step-by-step rotary motor. The hardware of the system including: 51 series SCM, L298N driving circuit, DC voltage source , etc. At the same time some of the software that used in system designing are introduced. The system used 51 SCM and L298N motor drive chip and joined the keyboard to control the stepper motor to achieve the direction and speed of rotation, etc. A Permanent Magnet two-phase stepper motor is used in the system. The corresponding drive and control circuit plays a very important role to its overall performance.Though system testing, it can be very convenient to control the stepper motor, such as acceleration , deceleration, exigency stop so as to achieve the desired objectives. The whole system is simple in structure with characteristics of high reliability, low cost and practicality which has a higher universal characteristic and the promotional and applied value.Keywords: 51 SCM; L298N driving circuit; Positive and reversal rotation; Exigency目录1 绪论 (1)1.1技术概述 (1)1.2本课题的背景和意义 (2)1.3本设计完成的工作 (3)2 单片机控制步进电机系统简介 (4)2.1单片机系统概述 (4)2.2AT89C51功能概述 (4)2.2.1引脚功能说明 (5)2.2.2时钟振荡器 (7)2.3步进电机概述 (7)3 常用软件基础知识 (9)3.1C语言程序设计概述 (9)3.1.1C语言出现的历史背景 (9)3.1.2C语言的特点 (10)3.2Keil编译器软件简介 (12)3.2.1使用Keil软件建立一个工程 (13)3.2.2使用Debug进行调试 (17)3.3STC-ISP软件介绍 (19)3.3.1程序烧写过程 (19)4 系统概述及设计 (22)4.1整体结构 (22)4.2系统作用 (22)4.3系统应用 (22)5 硬件设计 (23)5.1硬件设计原则 (23)5.2MCU最小系统电路设计 (23)5.2.1复位电路设计 (24)5.2.2时钟电路设计 (24)5.2.3上拉电阻的作用 (25)5.3L298N驱动电路设计 (25)5.3.1L298N芯片简介 (26)5.3.2MAX-232电路设计 (26)5.3.3MAX-232 芯片简介 (26)5.4 键盘的电路设计 (27)5.4.1 键盘的特性 (27)5.4.2 按键的确认 (27)5.4.3 键盘的工作方式 (28)5.5 电源电路设计 (29)6 软件设计 (30)6.1程序模块 (30)6.1.1中断模块 (30)6.1.2延时模块 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录A 资料翻译 (36)A.1英文资料 (36)A.2中文译文 (45)附录B 程序源码 (52)附录C 系统总体电路图 (57)附录D 实物图 (58)1绪论1.1技术概述在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。
步进电机在工业自动化中的发展趋势是什么
步进电机在工业自动化中的发展趋势是什么在当今的工业自动化领域，步进电机凭借其独特的性能和特点，发挥着至关重要的作用。
随着科技的不断进步和工业需求的日益增长，步进电机也在不断发展和演变。
那么，它在工业自动化中的发展趋势究竟是什么呢？首先，精度的持续提升是一个重要的发展方向。
在许多高精度要求的工业应用中，如数控机床、半导体制造设备等，对步进电机的精度要求越来越高。
为了满足这一需求，制造商们在电机的设计、制造工艺以及控制算法等方面不断进行创新和改进。
通过采用更先进的材料、更精密的加工技术以及优化的磁场分布，来减小电机的步距误差和回程误差，从而提高电机的定位精度和重复定位精度。
其次，速度和响应能力的提高也是不可忽视的趋势。
随着工业生产效率的不断提高，对于步进电机的速度和响应能力提出了更高的要求。
为了实现更快的转速和更短的响应时间，研发人员一方面在电机的结构设计上进行优化，减少转动惯量，提高电机的动态性能；另一方面，通过改进驱动电路和控制算法，实现更高的脉冲频率和更精确的电流控制，从而使电机能够在更短的时间内达到设定的速度和位置。
再者，小型化和轻量化成为了另一个重要的发展趋势。
在一些空间受限的工业设备中，如微型机器人、便携式检测仪器等，需要使用体积更小、重量更轻的步进电机。
这就促使制造商们采用新的材料和制造工艺，如微型化的磁芯、高性能的永磁材料以及多层电路板技术等，来减小电机的尺寸和重量，同时保持甚至提高电机的性能。
同时，智能化控制也是步进电机发展的一大趋势。
随着工业自动化程度的不断提高，对于电机的控制要求也越来越复杂。
智能化的控制系统能够实现电机的自适应控制、故障诊断和预测维护等功能。
通过实时监测电机的运行参数，如电流、电压、转速、温度等，并结合先进的算法进行分析和处理，控制系统可以自动调整电机的运行状态，以适应不同的工作负载和环境条件。
此外，智能化的控制系统还能够提前发现电机可能出现的故障，并及时发出预警信号，方便进行维护和修理，从而提高设备的可靠性和稳定性。
步进电动机国内外近期发展展望
收稿日期:2000-08-14 专家论坛 步进电动机国内外近期发展展望蔡耀成(常州微特电机总厂,江苏213011)An Overview on Recent Developments of Stepping MotorsCAI Yao cheng(Changzhou Micro &Special Motors Com pany ,Jiang su 213011,China ) 摘 要:步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数模转换元件。
在经历了一个大的发展阶段后,目前其发展趋于平缓。
然而,由于步进电动机的工作原理和其它电动机有很大的差别,具有其它电动机所没有的特性。
因此,它仍然能根据市场的需求,沿着小型、高效、低价的方向发展。
关键词:步进电动机;近期发展中图分类号:TM 383.6 文献标识码:A 文章编号:1004—7018(2000)05—0028—03Abstract :Stepping mo tors anr DA converting elements that can tur n digital pulse sig nals into mechanical ang ular displacementorlineardisplacement.A fterg reatdev elopments,stepping motor developments ar e now quite smo oth in accordance w ith its law s o f dev elopment.Due to the difference in oper ating pr inciples between stepping motor s and other elect ric motor s,stepping motor s have its ow n unique features w hich enable stepping motor s to continue developments w ith smaller size ,higherefficiency and lower cost in accor dance with mar ket demands .Key words :stepping moto rs;recent developments1概 述步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数—模转换元件。
步进电机毕业论文
步进电机毕业论文步进电机毕业论文引言在现代工业和科技领域，步进电机作为一种重要的电动机类型，广泛应用于各种自动控制系统中。
步进电机以其精准的定位能力和可编程性而受到研究者和工程师们的青睐。
本篇论文旨在探讨步进电机的原理、应用以及未来的发展方向。
一、步进电机的原理步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械运动的电动机。
其工作原理基于磁场的相互作用，通过电流的变化来控制转子的运动。
步进电机通常由定子、转子和驱动电路组成。
定子上的线圈通过电流激励产生磁场，而转子则由磁性材料制成。
当电流通过线圈时，磁场会引起转子的磁性材料发生磁化，从而使转子发生运动。
二、步进电机的应用领域步进电机在各个领域都有广泛的应用。
在工业自动化领域，步进电机常被用于控制机器人的运动和定位，如自动装配线上的零件搬运和组装。
步进电机还被广泛应用于医疗设备、数码相机、打印机等消费电子产品中。
此外，步进电机还被用于纺织机械、印刷机、数控机床等设备中，以实现精确的运动控制。
三、步进电机的优势和局限性步进电机具有许多优势，使其成为许多应用中的首选。
首先，步进电机可以实现非常精确的定位和控制，其转子的位置可以通过控制电流的脉冲数来精确控制。
其次，步进电机具有较高的可靠性和耐用性，由于其结构简单，没有传统电动机中的刷子和换向器，因此减少了故障的可能性。
然而，步进电机也存在一些局限性，例如其最高转速较低，无法适用于高速运动的应用。
此外，步进电机在低速运动时可能会出现共振现象，需要采取相应的措施来避免共振带来的问题。
四、步进电机的未来发展方向随着科技的不断进步，步进电机也在不断发展。
未来，步进电机的发展方向主要集中在提高性能和降低成本上。
一方面，研究者们致力于提高步进电机的转速和精度，以满足更高要求的应用。
另一方面，通过采用新的材料和制造工艺，可以降低步进电机的生产成本，使其更加普及和可接受。
结论步进电机作为一种重要的电动机类型，在各个领域都有广泛的应用。
步进电机发展现状
步进电机发展现状
步进电机是一种开环控制的电机，具有精确的位置控制和良好的静态力矩特性。
在过去几十年的发展中，步进电机经历了一系列的改进和创新。
首先，步进电机的结构和工艺逐渐优化。
传统的步进电机结构较为复杂，体积较大，而现代步进电机采用了轻量化设计，减小了尺寸和重量。
同时，随着技术的发展，步进电机的制造工艺也得到了改进，提高了生产效率和产品质量。
其次，步进电机的控制方式不断创新。
传统的步进电机控制方法是以开环方式工作，控制信号直接驱动电机转动。
而现代步进电机引入了闭环控制技术，通过激光传感器或编码器等装置实时监测电机位置，从而实现更加精确的位置控制。
此外，步进电机的性能也得到了提升。
新型步进电机采用了更先进的磁性材料和电子元器件，使得步进电机的动态特性得到了改善。
例如，响应速度更快、转矩更大、噪音更低等。
另外，步进电机也广泛应用于各个领域。
传统应用领域包括打印机、CNC机床、机器人等，而现代步进电机则在3D打印、医疗设备、航空航天等高端领域发挥着重要作用。
总的来说，步进电机在过去几十年间经历了多个方面的发展和创新。
通过结构的优化、控制方式的创新、性能的提升以及广泛应用的拓展，步进电机在各个领域都有着广阔的应用前景。
步进电动机详解及其在国内外的发展概况
步进电动机详解及其在国内外的发展概况摘要：步进电动机广泛应用与生产实践中的各个领域，也是很多领域不可或缺的元件，通过分析它的技术含量无疑可以间接窥探一个国家的科技发展水平。
关键词：步进电动机；脉冲信号1 步进电动机简介步进电动机又称脉冲电动机，是把电脉冲信号变换成角位移、直线位移以控制转子转动的微型特种电动机，在自动控制装置中作为执行元件。
每当步进驱动器接收到一个脉冲信号，就驱动步进电动机前进一个固定的角度或者直线位移，而且其输出转角、转速与输入脉冲个数及频率有着严格的对应关系。
步进电动机因其本身的特点，在具体的应用中有利于实现设备的小型化和低成本，因而多用于数字式计算机的外部设备、打印机、机器人四肢、绘图机和磁盘等装置，特别是是在人形机器人领域，其步进电动机性能的高低很大程度上决定了人形机器人的先进程度。
步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。
步进电动机的运行性能取决于电动机与驱动电源间的良好配合。
2 步进电动机的分类及其特点步进电动机按其工作原理可以分为永磁式步进电动机（PM）、反应式步进电动机（VR）和混合式步进电动机（HM）三种基本类型。
永磁式步进电动机定子上有多项绕组，转子上有永磁体的磁极，从而在产生极性交替的磁场，如果励磁的变化太快就会导致转子不能和定子磁场方向的变化保持同步，这种现象称为步进电动机转子的失步。
永磁式步进电动机的缺点是它的转矩较小、起动频率和运行频率比较低，优点是其体积小、运行效率高、消耗的功率比较小以及制造成本低。
永磁式步进电动机的步进角一般可分为7.5°、15°、18°、45°等几种。
反应式步进电动机也称为磁阻式步进电动机，其定子、转子铁芯的内外表面上均设有按一定规律分布的相近齿槽，利用定子、转子铁芯齿槽的相对位置变化引起磁路磁阻的变化，从而输出大转矩。
反应式步进电动机结构形式较多，定子铁芯有单段式、多段式，磁路有径向、轴向，绕组相数有三相、四相、五相。
步进电机小论文
步进电机第七组：谭春强（组长），冯雨虹，李少迪，杨磊，郑凤娇，黄帅通过老师的讲解以及课本的阅读理解，我们可以掌握步进电机的基本工作原理：步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转换成角位移，给一个脉冲信号，步进电机就转一个角度。
通过机械传动，可以把角度变成直线位移。
步进电机具有快速启停、精确步进及直接接收数字信号控制的特点，因此，它在需要精确定位控制的场合中得到了广泛的应用。
例如，绘图仪、打印机、光学仪器及数控加工设备等，都采用了步进电机来进行定位控制。
在阅读过一些关于步进电机应用方面的论文和其他资料之后，我们也可以了解到一些应用方面的知识。
总的来说，在步进电机的发展过程中，有多种方案可用来实现步进电机控制系统，主要有3种：第一种是基于电子电路的控制系统，系统一般由3个部分组成：脉冲信号产生电路、脉冲信号分配电路、功率放大驱动电路。
这种方案可采用开环控制也可以采用闭环控制，一般功能相对较单一，如需改变控制方案，必须重新设计，因此灵活性不高；第二种是基于单片机的控制方案，由于单片机的强大功能，采用此方案可实现软件与硬件相结合的控制方法，避免了失步、振荡等对控制精度的影响，提高了接口电路的灵活性与通用性，且可以大大提高系统的交互性，因此国内学者对此方案研究较多；第三种是基于PLC的控制方案，此方案的控制系统一般由PLC、环形分配器和功率驱动电路组成。
控制系统采用PLC 来产生控制脉冲。
此系统硬件成本较低，但由于PLC扫描周期的影响，步进电机不能在高频下工作，无法实现高速控制，当速度较高时，相应的控制精度会降低。
此外，基于LabVIEw 平台的步进电机控制系统的设计也是近期研究的热点。
为了了解步进电机的应用，下面将介绍：数控机床中步进电机的应用；一种机器人寻线控制系统；基于PLC和触摸屏的步进电机控制系统的设计，三个步进电机应用的控制系统实例。
数控机床中步进电机的应用伺服系统的作用：数控机床加工精度高、生产效率高．原因很多：有机床本身制造精度高的原因；有采用了先进的数控装冕的原因；但最根本的原因是机床的伺服系统。
步进电机应用前景论文中英文资料对照外文翻译文献综述
步进电机应用前景论文中英文资料对照外文翻译文献综述Introduction在现代工业和科技领域中，步进电机作为一种重要的运动控制装置得到广泛应用。
步进电机以其精准的位置控制、高效的能量转换和可靠的性能在自动化系统中发挥着关键作用。
本文综述了步进电机应用前景的最新研究成果和相关文献，旨在探讨该领域的发展趋势和未来方向。
研究成果最近的研究表明，步进电机在许多领域都有广泛的应用前景。
工业自动化步进电机在工业自动化中扮演着重要角色。
其精确的位置控制和高速运动能力使之成为自动化生产线上的理想选择。
更先进的步进电机设计可以实现更高的精度和更快的响应时间，提高自动化生产系统的效率和生产率。
机器人技术步进电机在机器人技术中的应用日益增加。
机器人的关节和运动系统通常采用步进电机来驱动，以实现精确的运动和灵活的操作。
步进电机的高分辨率和可控性使得机器人能够执行复杂的动作，提高其操作能力和适应性。
医疗器械步进电机在医疗器械领域也有广泛的应用。
例如，在精确的手术操作中，步进电机可以提供精确的手术器械控制，帮助医生实现精细的操作。
此外，步进电机还可以用于药物输送系统和实验室仪器等医疗设备中。
汽车工业步进电机在汽车工业中的应用也越来越普遍。
它们被广泛应用于车辆发动机控制、车内设备调节以及车辆导航和安全系统中。
步进电机的高速运动和精确控制使得汽车系统更加智能化和可靠。
未来发展方向虽然步进电机已经取得了显著的进展和广泛的应用，但仍然存在一些挑战和改进的空间。
提高功率密度和效能当前步进电机的功率密度相对较低，有限的功率输出限制了其应用范围。
在未来，研究人员将致力于提高步进电机的功率密度和效能，以满足更高要求的应用场景。
提高控制算法和响应时间步进电机的控制算法和响应时间也是需要改进的领域。
通过研究新的控制算法和优化步进电机的响应时间，可以进一步提高其精确性和速度控制能力。
开发更小尺寸和更轻量级的步进电机随着设备尺寸的减小和轻量化的需求增加，步进电机的尺寸和重量也成为一个考虑因素。
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浅析步进电动机的应用及发展趋势
步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电
动机。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。
步进电动机的发展与计算机工业密切相关。
自从步进电动机在计算机外设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动机的发展。
一、步进电动机的基本结构与工作原理
步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位
移的机电执行元件。
每当输入一个电脉冲，电动机就转动一个角度前进一步。
脉冲一个一个地输入，电动机便一步一步地转动，因此，这种电动机称为步进电动机。
它输出的角位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。
控制输入脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序，就可以得到各种需要的运行特性，因而广泛用于数字控制系统中。
在数控开环系统中作为一种伺服驱动元件。
二、步进电动机的应用
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位的数字执行部件，因此它在数字控制系统中、程序控制系统及许多航天工业系统中得到了应用。
随着微型计算机的发展，步进电动机得到了更广泛的应用，有相当一部分步进电动机正应用在计算机的外部设备如打印机、纸带输送机构、卡片阅读机、主动轮驱动机构和磁盘存储器
存取机构等。
1、步进电动机驱动系统在数控铣床中的应用
在进给伺服系统中，步进电动机需要完成两项任务：一是传递转矩，这应克服机床工作台与导轨间的摩擦力及切削阻力等负载转矩，通过滚珠丝械带动工作台，按指令要求快速进退或切削加工；另外是传递信息，即根据指令要求精确定位，接收一个脉冲，步进电动机就转过一个固定的角度，经过传动机构驱动工作台，使之按规定方向移动一个脉动当量的位移。
因此指令脉冲总数也就决定了机床的总位移量，而指令脉冲的频率决定了工作台的移动速度。
每台步进电动机可驱动一个坐标的伺服机构，利用两个或三个坐标轴联运就能加工出一定几何开头的零件来。
这种微机控制系统没有位置检测反馈装置，因此是一个开环系统。
这种系统简单可靠、成本低、易于调整和维护，但精度不高。
2、步进电动机用于点位控制的闭环控制系统
在数控机床中，为了及时掌握工作台实际运动情况，系统中装有位置检测反馈装置。
位置检测装置测得的工作台实际位置与指令位置相比较，然后用它们的差值（即误差值）进行控制，这就是闭环控制。
3、步进电机在印刷机械供送包装膜中的应用
在制袋、充填、封口为一体的包装机中，要求包装用塑料薄膜定位定长供给，无论间歇供给还是连续供给，都可以用步时电机来可靠完成。
（1）用于间歇工包装机
间歇式包装机使用步进电机供膜，可靠性可以得到提高。
以前的包装膜供送多采用曲柄连杠机构间歇拉带的方式，结构复杂，调整困难，特别是当需要更换产品时，不仅调节困难，而且包装膜浪费很多。
采用步进电机与拉带滚轮直接连接拉带，不仅结构得到了简化，而且调节极为方便，只要通过控制面板上的按钮就可以实现，这样既节省了调节时间，又节约了包装材料。
在间歇式包装机中，包装材料的供送控制可以采用两种模式：袋长控制模工和色标控制模式。
袋长控制模式适用于不带色标的包装膜，通过预先设定步进电机转速的方法实现，转空比的设定通过拨码开关就可以实现，色标模工配备有光电开关，光电开关检测色标的位置，当检测到色标时，发出控制开关信号，步进电机接到信号后，停止转动，延时一定时间后，再转动供膜，周而得始，保证按照色标的位置定长供膜。
（2）用于连续包装机
在连续式包装机中，步进电机是转动的，包装膜被均匀的连续输送，当改变袋长时，只需要通过拨码开关就可以实现。
（3）步进电机在横封中的应用
在连续式包装机中，横封是一个很重要的执行机构，也是包装机中比较复杂的机构之一。
特别对于有色标的包装膜，其封口和切断位置要求极其严格，为了提高切断的准确性，人们先后研制了偏心链轮机构、曲柄导杆机构等，但这些机构都存在着调整十分麻烦、
可靠性低的缺点。
造成这些缺点的主要原因是工艺要求横封轮定速横封和定位切断。
步进电机直接驱动横封轮可以实现速度同步。
连续式包装机的供膜轮是连续供膜的，横封时要求横封的线速度与薄膜供送的速度同步，以免出现撕裂薄膜和薄膜的情况。
由于横封轮的走私是恒定的，当改变袋长时，就需要通过改变横封轮的转速来改变，但是横封需要一定的时间，就是说横封轮与薄膜从接触到离开需要恒定的时间，否则封中不严。
横封轮每转一周的总时间与横封所需要的时间都是恒定的，要满足速度同步的要求，可以将步进电机一周内的转速分成两部分，一部分首先满足速度同步的要求，而另外空载的部分满足一周总时间的要求。
三、步进电动机的发展趋势
当前紧有发展前景的当属混合式步进电动机，而混合式电动机又向以下四个方向发展：
发展趋势之一，是继续沿着小型化的方向发展。
随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小，在57、42机座号的电动机应用了多年后，现在其机座号向39、35、30、25方向向下延伸。
瑞士escap公司最近还研制出外径仅10mm的步进电动机。
发展趋势之二，是改圆形电动机为方形电动机。
由于电动机采用方型结构，使得转子有可能设计得比圆形大，因而其力矩体积比将大为提高。
同样机座号的电动机，方形的力矩比圆形的将提高
30%-40%。
发展均势之三，对电动机进行综合设计。
即把转子位置传感器，减速齿轮等和电动机本体综合设计在一起，这样使其能方便地组成一个闭环系统，因而具有更加优越的控制性能。
发展趋势之四，向五相和三相电动机方向发展。
目前广泛应用的二相和四相电动机其振动和噪声较大，而五相和三相电动机具有优势性。
而就这两种电动机而言，五相电动机的驱动电路比三相电动机精密且复杂，因此三相电动机系统的价格比要比五相电动机更低一些。