计系统软件主流程系统初始化流程系统待机运行流程步进电机运行模块主流程连续运行模式模块流程定时器中断模块流程看门狗程序和冗余指令系统软件说明，主要资源分配第五章系统测试驱动电路硬件总体实现第六章总结致谢参考文献单片机步进电机实验系统设计与开发第章绪论历史证明，个国家的制造业水平在很大程度上体现着个国家的实力，国家的发展在很大程度上依赖于先进的制造业，所以大多数国家都非常重视大力发展制造业，二战后，计算机控制技术微电子技术信息和自动化技术有了迅速的发展，并在制造业得到了愈来愈广泛的应用，先后出现了数控，计算机数控计算机辅助设计与制造等多项先进制造技术与制造模式，推动着世界制造业进入个崭新的阶段。而在这些技术环节中，具有很多优点的步进电机就是个重要角色，比如在数控技术中。步进电机又称脉冲电机。可以说步进电机天生就是种离散运动的装置，是纯粹的数次控制电动机，步进电机驱动器通过外加控制脉冲，控制步进电动机各相绕组的导通与截止，从而使电动机产生步进运动。就是说给个电脉冲信号，电动机就转过个角度或者前进步，其输出转角转速与输出脉冲的个数频率有着严格的比例关系。这些关系在负载能力范围内不随电源电压负载大小环境条件等的变化而变化。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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高。步进电机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速快速起停正反转控制等，知是步进电机最突出的特点。我国数控系统在初期就是以单片机或单片机为数控核心，以步进电机为执行元件，由于其结构简单，价格便宜，只需万元左右就可以装备台经济型数控机床，很适合我国中小型企业使用。采用步进电机作为伺服执行元件，不仅可以应用于经济型数控伺服系统，而且还可以辅以先进的检测和反馈元件，组成高精度全闭环数控系列，从而达到很高的加工精度。除了在数控系统中得到了广泛的应用，近年来由于微型计算机方面的快速发展，使步进电机的控制发生了革命性变革。优点明显的步进电机被广泛的应用在电子计算机的许多外围设备中，比如打印机，卡片阅读机，主动轮驱动机构等，步进电机也在军用仪器，通信和雷达设备，摄影系统，光电组合装置，数控机床，电子钟，数次控制系统级航天工业中得到应用，因而对于步进电机控制的研究也就显得重要了。为了得到良好的控制性能，对步进电机的控制的研究就直没有停止过，许多重大的技术得以实现。上世纪年代以后，由于微型计算机以多功能的姿态出现，步进电机的控制方式变得更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路，或者集成电路，单片机步进电机实验系统设计与开发不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且旦定型之后，要改变控制方案就定要重新设计电路，不利于系统的改进升级。基于微型单片机的控制系统则通过软件来控制步进电机，能够更好的发挥步进电机的潜力。因此，用微型步进电机控制步进电机已经成为了种必然的趋势，也符合数字化的时代发展。还比如为了适应些领域中高精度定位和运行平稳性的要求，出现的步进电机细分驱动技术，就包括振荡器，环形分配器控制的细分驱动基于单片机斩波恒流驱动基于单片机的直流电压驱动三种常见驱动方式，除了上述三种步进电机的驱动方案以外，目前报道的驱动方案还有根据汇编语言或语言进行软件开发，在平台下利用提供的串行通信控件来实现机与步进电机控制器之间的数据通讯，最终实现由机直接控制步进电机的方法在平台下和单片机配合控制步进电机控制的脉冲驱动方案等。但是在有些应用场合，并不需要高精度的控制，而是需要满足般工作要求的情况下，尽量控制系统做到系统硬件结构简单，成本低功能较为齐全适应性强系统抗干扰和可靠性高本论文就是采用这个思路进行设计。般步进电机控制器都用硬件来实现，虽然电路可以做到了高集中度，可价格较贵，功能相对较简单，并且设计要求有所改变，就是改变整个硬件电路，比较麻烦。而采用单片机的软件和硬件结合进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式步数正反转转速等控制，如果需改变控制要求，般只需改变软件就能适应新的环境，并且在本设计中利用动态扫描技术，把显示电路和键盘电路有机地结合起来，节约了单片机的端口，能做到定的人机交换，而且为了抗干扰，提高可靠性，加入看门狗电路在软件设计上去抖动，因此具有定的应用价值。单片机步进电机实验系统设计与开发第二章步进电机概述步进电机的特点步进电机又称脉冲电机。目前，随着电子技术控制技术以及电动机本体的发展与变化，传统电机分类间的界面越来越模糊。就传统的步进电机来说，步进电机可以定义为根据输入的脉冲信号，每改变次励磁状态就前进定角度或长度，若不改变励磁状态则保持定位置而静止的电动机。从广义上讲，步进电机是种受电脉冲信号控制的无刷直流电动机，也可看作是定频率范围内转速与脉冲频率同步的同步电机。步进电机具有其自身的特色，归纳起来有可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统简单廉价直接接收数字信号，不必进行数模转换，使用方便位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构较为简单的而又具有定精度的开环控制系统，也可以要求更高精度时组成闭环控制系统无刷，电动机本体部件少，可靠性高易于启动，停止正反转及变速，响应性也好停止时，可有自锁功能步进电机的分类步进电动机的种类很多，从广义上讲，步进电机的类型分为机械式电磁式和组合式三大类型。按结构特点电磁式步进电机可分为反应式永磁式和混合式三大类按相数分则可分为单相两相和多相三种。目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。反应式步进电机反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。它的结构简单，成本低，步距角可以做的很小，但动态性能较差。反应式步进电机有单段式和多段式两种类型永磁式步进电机永磁式步进电机的转子是由永磁材料制成的，转子本身就是个磁源。转子的级数和定子的级数相同，所以般步距角比较大。它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小，但启动运行频率较低，还需要正负脉冲供电混合式步进电机混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者优点。混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，二定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳噪声低低频振动小。这种电动机最初是作为种低速驱动用的交流同步机设计的，后来发现如果各相绕组通以脉冲电流，这种电机在工业领域中得到广泛应用，由于本设计的设计目的更注重整个系统的有机结合，所以只采用反应式步进电机。单片机步进电机实验系统设计与开发反应式步进电机工作原理图是反应式步进电机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成组，连法如图所示。下面介绍反应式步进电机单三拍六拍及双三拍通电方式的基本原理。反应式步进电机的工作原理是利用物理上的磁通总是力图使自己所通过的路径的磁阻最小所产生的磁阻转矩，使电机步步转动的。以三相反应式步进电机为例单三拍通电方式的基本原理设相首先通电两相不通电，产生轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时极就成为电磁铁的极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐极的位置图接着相通电两相不通电，转子便顺时针方向转过，它的齿和极对齐。不难理解，当脉冲信号个个发来时，如果按„的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。图单三拍通电方式时转子的位置单片机步进电机实验系统设计与开发六拍通电方式的基本原理设相首先通电，转子齿与定子对齐图。然后在相继续通电的情况下接通相。这时定子极对转子齿产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是继续拉住齿，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图所示，即转子从图位置顺时针转过了。接着相断电，相继续通电。这时转子齿和定子极对齐图，转子从图的位置又转过了。其位置如图所示。这样，如果按„的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向步步的转动，步距角。电流换接六次，磁场旋转周，转子前进了个齿距角，如果按„的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六拍方式。相通电相通电相通电相通电图六拍通电时转子位置双三拍通电方式的基本原理如果每次都是两相通电，即按„的顺序通电，则称为双三拍方式，从图，和图可见，步距角也是。因此，采用单三拍和双三拍方式时转子走三步前进了个齿距角，每走步前进了三分之齿距角采用六拍方式时，转子走六步前进了个齿距角，每走步前进了六分之齿距角。因此步距角可用下式计算式中是转子齿数是运行拍数步进电机控制系统简介步进电机控制系统是个有机的整体，是运动控制系统和操作控制系单片机步进电机实验系统设计与开发统组成。由操作系统完成把操作者的操作转化为运动控制系统能接受的电信号，运动控制系统随之作出反应，完成规定操作。运动控制是门有关如何对物体位置和速度进行控制的技术。典型的运动控制系统应由三部分构成控制部分驱动部分执行部分。如图所示图控制系统组成在步进电机控制系统中运动执行部件为步进电机。步进电机是种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到个脉冲信号，他就驱动步进电机按设定的方向转动个固定的角度，他的旋转是以固定的角度步步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机的运行要有电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，