单片机实现步进电机转速控制器开题报告

1. 研究目的与意义

步进电动机主要应用在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，一直被认为是最理想的数控机床执行元件。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。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，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。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。目前, 步进电机的控制电路大多习惯于用逻辑电路实现复杂的运动控制。由于硬件电路成本高、费时多, 而且通用性差, 限制了其在更大范围内的使用。随着单片机及其扩展芯片技术的发展, 通过可编程芯片及其编程来改变控制方案, 能够实现复杂而成本不高的控制系统。

2. 国内外研究现状分析

下面三种是国内已实现了的方案：一、采用AT89S52单片机通过8155的14位减法计数器控制步进电机运转，通过8155的14位减法计数器产生控制步进电机运行的脉冲信号,大大减少了对单片机CPU资源的占用,同时通过选择不同8155 TIMER IN端的输入频得到精确的设定转速,并通过软件的方法解决了步进电机升降速过程中的失步和堵转问题,提高了系统的可靠性。二、以单片机8751为核心、以EPROM为主的环形分配器以及计数/定时器8253实现步进电机的转速控制系统,该系统以并行方式控制步进电机,用8751中的Pl口,P1.0 - P1.2,直接控制三相反应式步进电机各相驱动电路。通过锁存器和8255A并行口扩展芯片,构成功能键盘和数码管显示,完成启动、停止,显示转动的角度及角速度等功能。利用计数器/定时器芯片8253控制延时时间,进一步控制步进电机的转速,并能实现步进电机的往复运动。三、采用AVR单片机Mega48作为主控制芯片，它集成度高, 内含8MHz的RC振荡电路,上电自动复位。主控模块只需为单片机的电源提供整流滤波,和连接USB ISP下载接口的连线及复位按键的连接。此种方案中，使用AVR单片机控帽步进电机的运动,通过键盘输入步进电机的转动方向、速度和转矩;由AVR单片机发出相应的控制信号,实时改变步进电机的运动。采用细分驱动方不仅可以减小步进电机的步距角,提高分辨率,而且可以减少或消除低频振动,使电机运行更加均匀平稳。

3. 研究的基本内容与计划

基于单片机的步进电动机的转速控制，首先必须了解步进电动机的结构及运作方式，研究小型步进电机的知识。基于单片机的编程必定需要最基本的c语言编程能力，电子电路设计是设计步进电动机驱动电路所必不可少的知识，需要了解最基本元器件的应用。基于单片机的led显示也是单片机最基础的一项应用，并在实际中得到了广泛的应用。了解并熟练运动单片机的软硬件资源是使用单片机实现各项功能的基础。

总体研究计划：

1、第1-3周：明确设计任务，查资料，初步熟悉步进电动机、单片机、proteus软件和撰写开题报告；

4. 研究创新点

运用中断方式可实时改变步进电机的运动控制模式。