步进电机完整毕业论文

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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

I

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Abstract

This 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

II

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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 2.2 AT89C51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

3.1 C语言程序设计概述 .............................................................................. 9

3.1.1 C语言出现的历史背景.................................................................... 9 3.1.2 C语言的特点.................................................................................. 10 3.2 Keil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 3.3 STC-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 5.2 MCU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 5.3 L298N驱动电路设计 ............................................................................ 25

5.3.1 L298N芯片简介 ............................................................................. 26 5.3.2 MAX-232电路设计........................................................................ 26 5.3.3 MAX-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

III

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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

6.1

IV

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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。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化。

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。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。通俗地说:当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的，现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR)、永磁式步进电机(PM),混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.50;反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.50，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两相步进角一般为1.8“而五相步进角一般为0.720。这种步进电机的应用最为广泛。

步进电机的一些基本参数:

电机固有步距角:它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.90/1.80(表示半步工作时为0.90、整步工作时为1.80)，这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。

步进电机的相数:是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.90/1.80、三相的为0.750/1.50、五相的为0.360/0.720。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则“相数”将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

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