步进电机驱动运动工作台控制系统-设计本科学位论文.doc

第-24-页成人高等教育毕业作业题目：步进电机驱动运动工作台控制系统设计学院(函授站）：年级专业：层次：专科学号：姓名：李晓光指导教师：起止时间：年月日～月日目录1前言12总体方案设计22.1总体分析22.2方案框图23单元模块设计33.1键盘与显示模块33.1.1模块工作原理33.1.2芯片CH452介绍43.1.2.1特点43.1.2.2显示驱动原理53.2单片机控制单元模块电路73.2.1控制原理73.2.2光电耦合电路83.2.3芯片参数93.3串行通信模块123.3.1RS232通信协议123.3.2串行通信电路134电机与电气控制电路设计154.1步进电机模块154.1.1步进电机的工作原理154.2.2步进电机的步距角与工作拍数174.3.3步进电机的频率特性184.2交流电机正反转控制原理204.3交流电机的星—三角形启动214.4电气元件介绍215致谢236参考文献24附录Ⅰ：单片机控制系统电路原理图设计25附录Ⅱ:电气控制原理图126附录Ⅲ:电气控制原理图227机电一体化综合课程设计摘要：本设计是完成步进电机驱动运动工作台控制系统的设计，其硬件部分共包括键盘操作、单片机控制、输入电路、控制电路、显示电路等组成部分。设计的思路是精确稳定地对电机及工作台进行控制。位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经过处理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序，向控制回路发送控制信号，进而控制工作台的动作，实现对硬件设备的控制。关键词：键盘操作，数码管显示，单片机控制。1前言机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率，保证加工质量。此外，由于微型计算机具有价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点，微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一般工人掌握操作和维修。因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。本设计完成了如下要求：（1）单片机控制系统电路原理图的设计（2）控制系统电路印制版的绘制（3）利用单片机编程实现两坐标系统的手动、自动和回位等运动（4）实现两坐标工作台极限移动的保护及显示、报警（5）设计交流电机的点动、正反转控制和星-三角形启动的电气控制原理图（6）电气控制电路有相应的保护电路（过载、过压、欠压等）（7）熟悉机电系统常用元器件（PLC、交流电机、直流电机、步进电机）此次“机电一体化课程设计”设计出数控机床系统，离真正数控机床有很大差距。经过讨论，拟设计两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统和交流电机启停的电器控制系统，单元模块包括：单片机控制电路，键盘接口电路，键盘电路，显示电路，输入电路，控制电路，PC接口电路等。设计有不足，请指正。2总体方案设计2.1总体分析本次设计实现的是一两座标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计。设计采用单片机对系统进行控制，单片机的包括键盘与显示的控制、与PC机的串口通讯、以及电机输入输入输出信号的控制。电机的输入信号包含报警监测，在机床边缘运用一个接近开关即可实现此目的。2.2方案框图单片机作为控制的核心，一方面对机床的运动方向和位移量进行控制，另外还将与键盘对应的位移信息显示在LED上，并实现与PC机的通信以及对报警的处理。图2.1总体方案设计图3单元模块设计3.1键盘与显示模块3.1.1模块工作原理本单元模块电路的功能是通过对单片机编程，使当前按键信息在8个LED上显示出来，由芯片CH452来对数码管进行驱动，并对键盘进行扫描。图3.1为八位LED电路。同一时刻，如各位选线处于选通，8位LED将显示相同字符。若要各位LED能同时显示与本位相应的字符，必须动态显示，即某一时刻，某一位的位选线处于选通，其他位选线处于关闭，同时，段码线上输出相应位要显示的段码。同时刻，8位LED中选通那一位显示出字符，另一位则熄灭。在下一时刻使下一位位选线处于选通，在段码线上输出将要显示字符的段码，则同一时刻，只有