步进电机调速控制系统设计

论文总字数：11224字

摘 要

步进电机是重要的工业电气设备中的执行元件，对步进电机调速控制方法的研究，可提高其控制精确度和应用广泛性。本课题设计了一款基于51单片机的步进电机调速控制系统，该系统包括测速、按键、驱动、显示等模块，测速模块对电机转速进行测量并与预设值进行比较，将比较的结果进行反馈控制，驱动模块采用ULN2003芯片来驱动步进电机的运转，最后由显示模块来显示步进电机转向和转速的运行状态。该系统具有灵活方便、经济实惠等优点，具有一定的应用价值。

关键词：步进电机，单片机，调速控制，驱动

Abstract：Stepper motor is an important executive element in industrial electrical equipment, and the research on the speed control method of stepper motor can improve its control accuracy and wide application. A stepper motor speed control system based on 51 single-chip microcomputer was designed in this paper, which includes speed measurement, key, drive, display and other modules. The speed measurement module measures the motor speed and compares with the preset one, and the motor speed will be controlled by the feedback of the comparison error. The ULN2003 chip is adopted to design driver module, and finally the display module displays the running state of the stepper motor"s steering and speed. The system has the advantages of flexibility, convenience, economy and so on.

Key words: Stepper motor, single-chip microcomputer, speed control, motor drive

目 录

1 绪论 4

1.1 步进电机的应用与前景 4

1.2 步进电机的调速 4

1.3 课题的研究内容 4

2调速系统总体设计 5

2.1 系统结构框架 5

2.2 主要控芯片的选型 5

2.3 步进电机的选型 5

2.4 电机驱动芯片的选型 6

2.5测速传感器的选择 6

3 系统硬件电路设计 6

3.1 总体硬件电路设计 6

3.2 独立按键电路设计 7

3.3 数码管驱动显示电路 8

3.4 驱动电路 8

3.5复位与晶振电路 9

3.6测速电路 9

4 软件系统设计分析 10

4.1 主程序设计 10

4.2 读按键子程序设计 11

4.3 按键处理子程序设计 11

4.4电机控制中断程序设计 12

4.5转速控制子程序设计 13

5 系统的仿真与硬件的调试 13

5.1 protues仿真软件 13

5.2电路仿真 13

总 结 19

参 考 文 献 20

致谢 21

附录 A 22

附录 B 26

1 绪论

1.1 步进电机的应用与前景

随着工业自动化水平的提高，新兴经济体对步进电机的需求量日益提高。步进电机已渗透到多重经济领域并还在不断深化，如电脑、通信设备、办公自动化、工业自动化、银行设备等领域。未来，涉及人们日常生活衣、食、住、行的众多制造和应用领域在不断升级，新兴行业不断涌现，将对步进电机提出新的需求。

1.2 步进电机的调速

步进电机一般情况下都会携带负载运行，这种情况下，转速V仅仅与脉冲数与脉冲频率有关，而不会因为负载的大小变化而变化。当单片机接收到信号时，电机就会改变不同的转速和角度，其旋转方向是以相同的角度逐步旋转的。因此，我们能够通过控制脉冲方波的数量来控制电机的旋转位移程度，这样可以达到电机的定向控制，电机运转的速度可以通过脉冲方波的频率来调节，以解决调速的问题。

1.3 课题的研究内容

本课题用STC89C51单片机作为主控制芯片，ULN2003芯片作为电机驱动设计一款步进电机调速系统，电机驱动通过键盘模块来控制步进电机转动方向及转动速度，并将步进电机的转速及转向的动态显示在数码管上，实现的主要功能：

（1）5个小红灯，一个为电源指示灯，四个为电机运行指示灯；

（2）数码管显示电路：指示电机转动方向、电机旋转速度的快慢；

（3）键盘由五个按键组成，分别对应控制步进电机的启动/暂停、正反转、加减速五个功能；

（4）步进电机转速的检测。

2调速系统总体设计

2.1 系统结构框架

图2-1 总体结构设计框图

在电源供电的情况下，由键盘输入一个信号（按下按键）给微控制器（单片机），单片机输出脉冲通过驱动模块进行控制步进电机运转，测速电路监测电机转速，同时由显示模块显示出电机运行状态，系统结构总框图如图2-1所示。

2.2 主要控芯片的选型

考虑到设计成本的原因，本篇设计最关键的主控制器采用的是单片机，其型号为STC89C51。

此芯片具有指令操作容易，外围电路简单，硬件设计方便，IO口操作简单，资源丰富等优点。此芯片工作电压范围为4-5.5V，它是一种能量损耗，性能优秀且基本功能满足本课题设计要求的微控制器。

2.3 步进电机的选型

本课题选择28BYJ-48型号步进电机作为本课题电路的实验对象，该电机的工作方式为四相八拍，采用1-2相励磁单极驱动，电机在5VDC/100HZ,空载运行条件下，电机温升达到稳定状态时，用电阻法测量电机，温升应不大于60K。电机在规定使用状态下，应无影响使用的生锈，变形等外在缺陷问题。因为步进电机只会产生周期性的误差，而不会产生累计误差的特点，该步进电机在旋转速度和旋转方向的控制也非常的简单。

2.4 电机驱动芯片的选型

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