基于单片机的步进电机驱动器设计

编号:

毕业论文(设计)

题 目 基于单片机的步进电机驱动器设计

指导教师 孙秀云 学生姓名 王非 学 号 200411702076 专 业 机电一体化 教学单位 郑州科技学院 （盖章）

2012年12月21日 郑州科技学院毕业论文（设计）开题报告书 2012年12月21日 院（系） 机电工程系 专 业 机电一体化

姓 名 王非 学 号 200411702076 论文（设计）题目 基于单片机的步进电机驱动器设计 一、选题目的和意义

步进电机是电机家族中近年来发展较快、具有广阔应用前景的重要一员，它能将输入的电脉冲信号转换成相应的微步直线运动。步进电机是旋转步进电机电磁拓扑的变种，由于省去了旋转类步进电机必需的丝杠和链条等机械转换装置，结构大为简化，在需要直线驱动的场合从定位精度、工作效率和能源节约等方面显示出愈来愈明显的优势。随着微机技术和集成电路的发展、步进电机本体的日臻完善、驱动控制技术的不断提高以及直线运动应用领域的逐渐增多,步进电机正朝着其它电机驱动装置不能满足和使用旋转电机有困难的领域发展，步进电机的发展前景将更加广阔。

二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势 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。无论是在工农业生产还是在日常生活中的家用电器,都大量地使用着各种各样的电动机。因此对电动机的控制变得越来越重要了。电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术、微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术在近二十多年内发生了翻天覆地的变化。其中电动机的控 制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制。 国内，许多高校、业内人员也对步进电机驱动系统的控制系统进行了研究，并取得了很大的进展，单片机的应用使电器控制技术发生了根本的变化。随着我国电脑工业的发展,步进电机驱动系统已逐步国产化,我国许多科研生产单位都投入到开发生产的行列。 三、课题设计方案 [主要说明：研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。]

课题研究的基本内容： a)驱动系统总体方案设计及选用；b) 单片机的选用与设计；c)驱动方案的选择；d) 键盘与显示的硬件连接与功能设定；e）其他辅助器件的设计。传统的步进电机系统，通常的做法是：事先确定好模拟信号，由操作人员控制进程。本设计用单片机控制的步进电机驱动系统。 在系统的设计中，主要使用了单片机简便、高效的有点，电机驱动系统的设计中，使用了细分驱动控制技术,选用MCS-51单片机，SH-2H057M型驱动器以及光电脉冲发生器等设备。利用驱动器对单片机信号的功率放大作用，将单片机的信号传递到步进电机。 该系统成本低，功能使用适用，且留有扩展余地。

四、计划进度安排 [主要说明：起止时间及分阶段的进度要求。]

起止时间：2012年02月25日—2012年5月14日 进度安排： 2012年02月25日—2012年3月15日： 开始着手准备开题的有关资料，有不懂的问题经常和指导老师联系请教。 2012年03月16日—2012年03月20日： 完成开题报告，在指导老师指导下进一步修改完善。 2012年3月21日—2012年03月25日： 开始整篇论文的设计工作，经过多方面查找资料，确定整篇论文的设计思路，并制定出设计方案。 20 2012年03月26日—2012年03月31日： 按照设计方案进行硬件的设计。 21 2012年04月01日—2012年04月06日： 按照设计要求编写软件程序。 2012年04月07日—2012年4月20日： 开始整篇论文的设计整理以及论文细节上的充实、修改与完善。 2012年04月21日—2012年05月14日：根据指导老师提出的定稿意见做最后的完善，检查论文的格式和文字等细节，按照论文的统一格式排版并将最终的论文定稿打印、装订，同时提交论文的电子版给老师，参加论文答辩。（不用写这么满吧） 五、主要参考文献 [1] 李玲娟，多细分二相混合式步进电机驱动器的研制，2007.5~23 [2] 章烈剽，基于单片机的高精度步进电机控制研究，2007.09~10 [3] 黄俊，王兆安.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2003.110~123 [4] 王幸之.单片机应用系统抗千扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.146~169 [5] 张毅刚.单片机原理及应用[M].高等教育出版社，2006.159~178

指导教师意见及建议：

签名： 年 月 日

教学单位领导小组审批意见：

组长签名： 年 月 日 德州学院毕业论文（设计）中期检查表 院(系)：机电工程系 专业： 自动化 2012年 04月 07日 毕业论文（设计）题目：基于单片机的步进电机驱动器设计 学生姓名 张恒凯 学 号 200411702076 指导教师 孙秀云 职 称 讲 师 计划完成时间：2012年5月14日 毕业论文（设计）的进度计划： 2012年02月25日—2012年03月15日，开始着手准备开题的有关资料，有不懂 问题经常和指导老师联系指教。 2012年03月16日—2012年03月20日，完成开题报告，在指导老师指导下进一 步修改完善。 2012年03月21日—2012年03月25日，开始整篇论文的设计工作，经过多方面 查找资料，确定整篇论文的设计思路，并制定出设计方案。 2012年03月26日—2012年03月31日，按照设计方案进行硬件的设计。 2012年04月1日—2012年04月06日，按照设计要求编写软件程序。 2012年04月07日—2012年04月20日开始整篇论文的设计整理以及论文细节上的充实、修改与完善。 2012年04月21日—2012年05月10日根据指导老师提出的定稿意见做最后的完善，检查论文的格式和文字等细节，按照论文的统一格式排版并将最终的论文定稿打印、装订，同时提交论文的电子版给老师，参加论文答辩。

完成情况： 2012年3月中旬，通过这一阶段收集、阅读、分析资料和文献，在指导老师的帮助下完成论文的开题报告，经过进一步的收集、分析资料，理顺了思路，依据评阅后的开题报告，于2012年4月中旬撰写论文初稿，根据导师提出的论文修改和完善意见，对论文做了进一步的充实、修改与完善。 指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页）

签 名： 年 月 日

备 注： 目 录 摘要 ...................................................................................................................................................................... 6 1引言 ................................................................................................................................................................... 6 2步进电机的运行原理 ....................................................................................................................................... 7 2.1 步进电机的一些基本参数 ................................................................................................................... 7 2.2 步进电机的一些特点 ........................................................................................................................... 8 3 驱动原理与驱动方案的选择 .......................................................................................................................... 9 3.1 常用的步进电机驱动控制方法 ........................................................................................................... 9 3.2 驱动方案的选择 ................................................................................................................................. 10 4控制系统硬件 ................................................................................................................................................. 10 4.1 硬件连接原理 ..................................................................................................................................... 10 4.2 单片机的选择 ......................................................................................................................................11 4.3步进电机驱动器的选择 ...................................................................................................................... 13 4.4 过流保护电路 ..................................................................................................................................... 19 4.5 键盘和显示电路 ................................................................................................................................. 20 4.6 光电脉冲发生器 ................................................................................................................................. 21 5 控制系统软件 ................................................................................................................................................ 21 5.1 软件设计总体方案 ............................................................................................................................. 21 5.2系统主程序 .......................................................................................................................................... 22 5.3 匀速子程序 ......................................................................................................................................... 23 5.4 键盘/显示子程序 ................................................................................................................................ 24 6结论及建议 ..................................................................................................................................................... 25 参考文献 ............................................................................................................................................................ 26 谢 辞 ................................................................................................................................................................ 27