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步进电机运动控制系统设计,①页数 42②字数 20299③摘要 摘要：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件[1]。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数[2][6][10]，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进...
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内容介绍
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步进电机运动控制系统设计
①页数 42
②字数 20299
③摘要
摘 要：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件[1]。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数[2][6][10]，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速[7][16]。在本设计方案中采用AT89C51型单片机[1]内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。设计时考虑到CPU在执行指令时可能受到干扰的冲击,导致程序”跑飞”或者进入”死循环”,因此,设计了看门狗电路,使用的是MAXIM公司生产的微处理系统监控集成芯片MAXI813[5][12][13]。本文还详细地给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该汇编语言程序。
Abstract ：Stepper motor is the electrical impulse signals into angular displacement or linear displacement of the open-loop control components. In the non-overload case, the motor speed, and stop location depends only on pulse frequency and pulse number, regardless of the load change, that is, to add an electrical pulse signal, then turn one motor step angle. The existence of this linear relationship, coupled with only a periodic error of stepper motors without the accumulated error and so on. Made in terms of speed, position and other control areas to control the stepper motor used become very simple. Stepper motor speed control in general is to change the input frequency of stepper motor pulses to achieve the stepper motor speed, because the stepper motor to a pulse on each rotation a fixed angle, so that you can by controlling the stepper motor a pulse to the next a pulse time interval to change the pulse frequency, the length of delay to specific controls to change the angle stepper motor speed, in order to achieve speed control stepper motor. In this design the use of AT89C51 microcontroller-based timer to change the internal pulse frequency of CP in order to achieve the speed of stepper motor control, motor speed and the realization of positive inversion functions. Designed to take into account the CPU in the implementation of instruction may be subject to the impact of interference, resulting in procedures "run off" or go to the "dead cycle", therefore, designed a watchdog circuit, using a MAXIM produced by micro-processing system monitoring integrated chip MAXI813.
④目录
前 言 1
1 步进电机概述 2
1.1 步进电机的特点 2
1.2步进电机的工作原理 2
1.3步进电机的技术参数 2
1.3.1步进电机的基本参数 2
1.3.2步进电机动态指标及术语 3
1.4步进电机的分类 4
1.4.1 步进电机分为三大类 4
1.4.2步进电机的内外结构 5
1.5 步进电机详细调速原理 5
2 设计的基本要求 6
3 方案的论证 6
3.1 控制方式的确定 6
3.2 驱动方式的确定 7
3.3 驱动电路的选择 8
3.4 基本方案的确定 8
4 硬件电路的设计 9
4.1 单片机的选择 9
4.1.1单片机的引脚功能 9
4.1.2 主要特性 10
4.2 步进电机的选择 11
4.2.1 三相单三拍通电方式 11
4.2.2 三相双三拍通电方式 12
4.3驱动电路的选择 16
4.4 显示电路与键盘的选择 18
4.5 反馈电路的选择 21
4.6电源电路设计 22
4.7抗干扰设计 22
4.8看门狗电路 23
4.8.1 MAX813L功能简介 24
4.8.2 看门狗电路各引脚功能 24
5 算法的设计 25
5.1 PID 控制算法 25
6 实验结果与分析 28
6.1 有关参数的计算与分析 28
6.2 理论与实际的分析 28
7 结 论 29
参考文献 30
附 录 32
⑤关键字
步进电机；单片机AT89C51；调速系统；MAXI813
Stepper Motor ；SCM AT89C51； Speed Control System
⑥参考文献
[9] 郭敬枢,庄继东,孔峰. 微机控制技术[M] . 重庆:重庆大学出版社.1994.160-210
[10] 刘国荣. 单片微型计算机技术[M] . 北京:机械工业出版社.1996.150-199
[11] 王福瑞. 单片微机测控系统设计大全[M] . 北京:北京航空航天大学出版社.1998.
[12] 何立民. 单片机应用技术选编[M] . 北京:北京航空航天大学出版社.1993.230-340
[13] 潘新民等: 单片微型计算机实用系统设计[M].北京: 人民邮电出版社. 1992.
[14] 王润孝,秦现生编著.机床数控原理与系统[M]. 西北工业大学出版社.1997.99-150
[15] 李伯成,侯伯李等编IBM - PC 微机应用系统设计[M].西安电子科技大学.1996.
[16] 黄义源主编. 机械设备电气与数字控制[M]. 中共广播电视大学出版社.1992.111-190
①页数 42
②字数 20299
③摘要
摘 要：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件[1]。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数[2][6][10]，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速[7][16]。在本设计方案中采用AT89C51型单片机[1]内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。设计时考虑到CPU在执行指令时可能受到干扰的冲击,导致程序”跑飞”或者进入”死循环”,因此,设计了看门狗电路,使用的是MAXIM公司生产的微处理系统监控集成芯片MAXI813[5][12][13]。本文还详细地给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该汇编语言程序。
Abstract ：Stepper motor is the electrical impulse signals into angular displacement or linear displacement of the open-loop control components. In the non-overload case, the motor speed, and stop location depends only on pulse frequency and pulse number, regardless of the load change, that is, to add an electrical pulse signal, then turn one motor step angle. The existence of this linear relationship, coupled with only a periodic error of stepper motors without the accumulated error and so on. Made in terms of speed, position and other control areas to control the stepper motor used become very simple. Stepper motor speed control in general is to change the input frequency of stepper motor pulses to achieve the stepper motor speed, because the stepper motor to a pulse on each rotation a fixed angle, so that you can by controlling the stepper motor a pulse to the next a pulse time interval to change the pulse frequency, the length of delay to specific controls to change the angle stepper motor speed, in order to achieve speed control stepper motor. In this design the use of AT89C51 microcontroller-based timer to change the internal pulse frequency of CP in order to achieve the speed of stepper motor control, motor speed and the realization of positive inversion functions. Designed to take into account the CPU in the implementation of instruction may be subject to the impact of interference, resulting in procedures "run off" or go to the "dead cycle", therefore, designed a watchdog circuit, using a MAXIM produced by micro-processing system monitoring integrated chip MAXI813.
④目录
前 言 1
1 步进电机概述 2
1.1 步进电机的特点 2
1.2步进电机的工作原理 2
1.3步进电机的技术参数 2
1.3.1步进电机的基本参数 2
1.3.2步进电机动态指标及术语 3
1.4步进电机的分类 4
1.4.1 步进电机分为三大类 4
1.4.2步进电机的内外结构 5
1.5 步进电机详细调速原理 5
2 设计的基本要求 6
3 方案的论证 6
3.1 控制方式的确定 6
3.2 驱动方式的确定 7
3.3 驱动电路的选择 8
3.4 基本方案的确定 8
4 硬件电路的设计 9
4.1 单片机的选择 9
4.1.1单片机的引脚功能 9
4.1.2 主要特性 10
4.2 步进电机的选择 11
4.2.1 三相单三拍通电方式 11
4.2.2 三相双三拍通电方式 12
4.3驱动电路的选择 16
4.4 显示电路与键盘的选择 18
4.5 反馈电路的选择 21
4.6电源电路设计 22
4.7抗干扰设计 22
4.8看门狗电路 23
4.8.1 MAX813L功能简介 24
4.8.2 看门狗电路各引脚功能 24
5 算法的设计 25
5.1 PID 控制算法 25
6 实验结果与分析 28
6.1 有关参数的计算与分析 28
6.2 理论与实际的分析 28
7 结 论 29
参考文献 30
附 录 32
⑤关键字
步进电机；单片机AT89C51；调速系统；MAXI813
Stepper Motor ；SCM AT89C51； Speed Control System
⑥参考文献
[9] 郭敬枢,庄继东,孔峰. 微机控制技术[M] . 重庆:重庆大学出版社.1994.160-210
[10] 刘国荣. 单片微型计算机技术[M] . 北京:机械工业出版社.1996.150-199
[11] 王福瑞. 单片微机测控系统设计大全[M] . 北京:北京航空航天大学出版社.1998.
[12] 何立民. 单片机应用技术选编[M] . 北京:北京航空航天大学出版社.1993.230-340
[13] 潘新民等: 单片微型计算机实用系统设计[M].北京: 人民邮电出版社. 1992.
[14] 王润孝,秦现生编著.机床数控原理与系统[M]. 西北工业大学出版社.1997.99-150
[15] 李伯成,侯伯李等编IBM - PC 微机应用系统设计[M].西安电子科技大学.1996.
[16] 黄义源主编. 机械设备电气与数字控制[M]. 中共广播电视大学出版社.1992.111-190
