(完整版)基于AT89C51单片机的步进电机控制系统毕业设计论文

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蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题 目：基于AT89C51单片机的步进

电机控制系统

学生姓名： 学 号： 专 业：自动化 班 级：自动化06-3班 指导教师：

基于AT89C51单片机的步进电机控制系统

摘要

步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。

本文以单片机和环形脉冲分配器为核心设计的步进电机控制系统，通过软硬件的设计调试，实现步进电机能根据设定的参数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间到达控制终点，而又不发生失步的现象；同时它能准确地控制步进电机的正反转，启动和停止。硬件是以AT89C51单片机为核心的控制电路，主要包括：环形脉冲分配器、键盘显示电路、步进电机的驱动电路等。软件部分采用C语言编程，主要包括键盘显示程序、步进电机的调速程序、停止判断程序等。

关键词：步进电机控制系统；调速；单片机

目录

摘要 ............................................................................................................................................. I 第一章 引言 .............................................................................................................................. 1

1.1 课题提出的背景和研究意义 ...................................................................................... 1 1.2 课题的主要研究内容 .................................................................................................. 2 1.3 本章小结 ...................................................................................................................... 2 第二章 步进电机控制系统设计 .............................................................................................. 3

2.1 步进电机的原理 .......................................................................................................... 3

2.1.1 三相单三拍通电方式 ........................................................................................ 3 2.1.2 三相双三拍通电方式 ........................................................................................ 5 2.1.3 三相六拍通电方式 ............................................................................................ 6 2.2 环形脉冲分配器 .......................................................................................................... 8 2.3 续流电路 .................................................................................................................... 12

2.3.1 二极管续流 ...................................................................................................... 13 2.3.2 二极管—电阻续流 .......................................................................................... 14 2.4 步进电机驱动电路 .................................................................................................... 15 2.5 步进电机的变速控制 ................................................................................................ 17

2.5.1 变速控制的方法 .............................................................................................. 19 2.6 步进电机在自动生产线中的应用 ............................................................................ 20 2.7 本章小结 .................................................................................................................... 22 第三章 控制系统硬件设计 .................................................................................................... 23

3.1 硬件系统设计原则 .................................................................................................... 23 3.2 控制系统组成 ............................................................................................................ 23 3.3 主要元件的选择 ........................................................................................................ 24

3.3.1 单片机的选择 .................................................................................................. 24 3.3.2 EPROM的选择 ............................................................................................... 25 3.3.3 可逆计数器的选择 .......................................................................................... 27 3.4 控制系统接口电路的设计 ........................................................................................ 27

3.4.1 环形脉冲分配器设计 ...................................................................................... 27

3.4.2 显示电路设计 .................................................................................................. 29 3.4.3 外部复位电路设计 .......................................................................................... 30 3.5 控制系统整体电路设计 ............................................................................................ 31 3.6 本章小结 .................................................................................................................... 31 第四章 控制系统软件设计 .................................................................................................... 32

4.1 软件系统设计原则 .................................................................................................... 32 4.2 步进电机控制系统功能设计 .................................................................................... 32 4.3 主程序设计 ................................................................................................................ 33

4.3.1 主程序工作过程 .............................................................................................. 33 4.3.2 主程序工作流程图 .......................................................................................... 34 4.3.3 定时器T0中断程序流程图 ........................................................................... 34 4.4 Proteus仿真 ............................................................................................................... 37 4.5 显示程序设计 ............................................................................................................ 39 4.6 键盘程序设计 ............................................................................................................ 39 4.7 调速程序设计 ............................................................................................................ 41

4.7.1 20BY步进电机参数 ........................................................................................ 41 4.7.2 步进电机转速与频率的关系 .......................................................................... 41 4.8 本章小结 .................................................................................................................... 42 第五章 结束语 ........................................................................................................................ 43 参考文献 .................................................................................................................................. 44 附录 .......................................................................................................................................... 46

附录A 系统程序（C） .................................................................................................. 46 附录B 20BY步进电机转速与定时器定时常数关系表 ............................................... 59 附录C 控制系统电路图 ................................................................................................. 62 致谢 .......................................................................................................................................... 63