三相步进电机控制系统的设计课程设计论文.doc

武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书29武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书1课程设计任务书指导教师：工作单位：自动化学院题目:三相步进电机控制系统的设计初始条件：设计三相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用K0-K2做为通电方式选择键，K0为三相单三拍，K1为三相双三拍，K2为三相六拍；K3为启动/停止控制、K4方向控制、K5加速、K6减速；用4位LED显示工作步数。用3个发光二极管显示状态：正转时黄灯亮，反转时绿灯亮，不转时红灯亮。要求完成的主要任务:硬件设计：系统总原理图软件设计：系统总体流程图、步进电机单三拍，双三拍，三相六拍各模块流程图、显示模块流程图等编写程序：能够完成上述任务并用仿真软件演示完成符合要求的设计说明书时间安排：2015年5月20日~2015年6月1日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要这次设计是基于单片机来设计三相步进电机系统。80c51单片机作为主控芯片，利用ULN2003A集成电路，采用单极性驱动方式，加入74HC573使步进电机完成步进电机三相单三拍，三相双三拍，三相六拍；启动/停止控制、方向控制；速度控制（加速和减速两档）；用4位LED数码管显示工作步数。用3个发光二极管显示状态：正转时黄灯亮，反转时绿灯亮，不转时红灯亮。电路构造较为简单，设计思路清晰，利用KEIL进行软件编写与仿真，利用Proteus进行电路的设计与仿真，仿真结果符合任务提出的要求。关键字：步进电机、单片机、单极性驱动，控制目录1设计任务及要求51.1设计任务51.2任务分析62方案比较及选择62.1电机驱动选择方案62.2LED显示选择方案62.3按键状态的读取63系统实现的原理73.1步进电机控制工作原理73.1.1步进电机的启停控制73.1.2步进电机的工作原理73.1.3步进电机的转向控制73.1.4步进电机的启停控制83.1.5步进电机的速度控制83.2系统设计思路83.3系统的整体框图94系统的硬件设计104.1总体设计114.2步进电机控制电路124.2.1启/停控制、正/反转控制、工作模式控制电路分析134.2.2步进电机控制电路114.3显示电路124.3.1发光二极管显示电路124.3.2八段数码管显示电路125系统软件设计135.1总体设计135.1.2系统总体流程图155.2关键模块设计175.2.1.三相步进电机模块设计175.2.2显示模块设计185.5.2步进电机调速模块流程图196系统仿真207小结及体会22参考文献23附录24三相步进电机控制系统的设计1设计任务及要求1.1设计任务设计一个三相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用K0-K2做为通电方式选择键，K0为三相单三拍，K1为三相双三拍，K2为三相六拍；K3为启动/停止控制、K4方向控制；K5加速控制，K6减速控制；用4位LED数码管显示工作步数。用3个发光二极管显示状态：正转时黄灯亮，反转时绿灯亮，不转时红灯亮。硬件设计：系统总原理图。软件设计：系统总体流程图、步进电机单三拍，双三拍，三相六拍各模块流程图、显示模块流程图等。编写程序，能够完成上述任务。1.2任务分析设计要求设计一个三相步进电机控制系统，分析可以得出它的几个基本功能：1.三相步进电机控制系统能够以三相单三拍，三相双三拍，三相六拍的方式运行，因此要输出相应的控制字进行控制；2.三相步进电机控制系统能实现正反转和调速控制，能够改变电机运行的方向和速率；3.三相步进电机控制系统有显示功能，可以采用共阳极的LED数码管对步数进行显示。2方案选择2.1电机驱动选择方案方案：使用专门的电机驱动芯片ULN2004A来驱动电机运行。其优点是便于电路的集成，且驱动简单，驱动信号稳定，不受外部干扰。2.2LED显示选择方案方案：通过软件把所要的数据转化为七段显示的数据，通过单片机接口接上具有放大功能的芯片输出到LED显示，这样比较直观。2.3按键状态的读取方案：不使用中断，直接把开关分别接在单片机的接口上，通过查询端口信号来动作。其优点是程序得到简化，可读性加强各个部分的选择都综合了成本及实现的难易度，使实现并不是很难而且具有节省材料作用。3系统实现的原理3.1步进电机控制工作原理3.1.1步进电机的启停控制步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感,即振动感。为了使电机转动平滑,减小振动,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波,可以减小步进电机的步进角,提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑,则需采用合适的锁定波形,产生锁定磁力矩,锁定步进电机的转轴,使步进电机的转轴不能自由转动。3.1.2步进电机的工作原理图1步进电机三相接线图如图1所示，U1、V1、W1接电源，分别有三个开关控制，U2、V