（CAD图纸全套）二维步进单片机控制工作台控制系统设计（含说明书）

当国内从年代起开始了单片机的热潮，二十多年过去了，单片机从研究所走出来，成为日常生活中的个不可缺少的部件。

硬件方面日趋多样化，位位位位等型号共同并存，在不同的领域存在，如家电玩具工业设备仪器通讯等。

软件方面发展主要为汇编语言语言嵌入式操作系统。

速度稳定性特别要求的场合较多采用汇编语言和语言。

单片机作为微型计算机的个重要分支，应用面很广，发展很快。

自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进步向着化低功耗小体积大容量高性能低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

控制系统的总体设计.系统总体方案图总体设计图.机械系统传动机构采用滚珠丝杠副与齿轮减速。

导向机构采用滚动直线导轨。

执行机构采用步进电机。

.控制系统设计本系统选用的微型机是单片机，采用开环的控制方式，采用三相六拍步进电机。

图开环控制流程图接口设计人机接口采用键盘作为输入。

采用矩阵式键盘，用个键来控制步进电机。

采用蜂鸣器作为警报装置。

采用数码管作为显示器。

采用八段数码管作为步数的显示。

机电接口采用光电偶合器作为微型机与步进电机驱动电路的接口，实现电气隔离，以保护单片机。

控制方案的选择控制的方案不外乎有三种开环控制半闭环控制闭环控制。

上图为最简单的“开环控制”，若在“机械传动”机构中引出反馈给控制部分，在经过比较放大的则为“半闭环控制”。

如若是在机械执行机构中引出反馈则为闭环控制。

开环控制特点是简单，控制精度低。

控制的精度完全取决于所用元件的精度和校准的精度，且抗干扰的能力差。

但由于其结构简单成本低。

在精度要求不高的情况下，有定的使用价值。

闭环控制特点是控制精度高，抗干扰能力强。

缺点是使用的元件多，线路复杂，系统的分析和设计都比较麻烦。

半闭环特点是控制的精度介于闭环和开环之间。

采用步进电机来实现驱动，般情况下多采用开环控制。

因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲数有正比的关系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。

因此通常在精度要求不是很高时，负载不是很大的情况下采用步进电机是合理的。

下图为开环控制的框图图开环控制框图伺服系统设计由于本系统的精度要求不高，载荷不大，再考虑了其经济要求等因素后，决定采用开环控制。

控制系统的设计方案.硬件系统设计系统的硬件结构计算机的硬件和软件是相互结合而工作的，有些任务必须由硬件来实现，另外有些任务必须由软件来实现。

但是也有些任务可以由软件来完成，也可由硬件来完成。

般来说，增加硬件会提高成本，但能简化设计程序，且实时性好。

反之，加重软件任务，会增加编程调试工作量，但能降低硬件成本。

所以要合理的安排软硬件的结构。

本系统步进电机速度的控制是由改变发出脉冲的时间间隔来实现的，用定时器来控制发出脉冲的时间间隔，这样更能发挥硬件实时性的优势，同时能够减轻软件的任务。

由于本工作台控制系统采用单片机作为核心部件，利用单片机构成系统应从元件级进行系统设计，根据任务需要，选择合理的单片机并配置必须的存储器接口和外围设备来构成系统。

在进行系统的扩展和配置设计时考虑了以下原则尽可能的选择典型电路，并符合单片机的常规用法。

为硬件系统的标准化模块化打下良好的基础。

系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统功能的要求，并留有适当的余地，以便进行二次开发。

硬件结构应结合应用软件方案并考虑。

硬件结构与软件方案会产生相互影响。

考虑的原则是，软件能实现的功能尽可能的由软件来实现，以简化硬件电路。

但是由软件实现的硬件功能，其响应的时间要比直接用硬件实现的时间长，而且占用时间。

整个系统中的相关的器件要尽可能的做到性能匹配。

单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力，增设线驱动器或者减少芯片功耗，降低总线负载。

根据以上设计原则及结构框图，逐设计出每个单元电路，最后组合起来，成为完整的硬件系统。

步进电机图为三相反应式步进电机的工作原理图，其定子上有六个极，每个极上装有控制绕组，每相对的两极组成相。

转子上有四个均匀分布的齿，其上没有绕组，当相控制绕组通电时，转子在磁场力的作用下与定子齿对齐，即转子齿和定子齿对齐，如图所示。

若切断相，同时接通相，在磁场力作用下转子转过，转子齿和定子齿对齐，如图所示，转子转过个步距角。

如再使相断电，同时相控制绕组通电，转子又转过，使转子齿和定子齿对齐，如图所示。

如此循环往复，并按顺序通电，步进电机按定方向转动。

电机的转速取决于控制绕组接通和断开的变化频率。

图三相反应式步进电机单三拍工作时工作原理图实际的步进电机的转子铁心和定子磁极上均有小齿，齿距相等。

定子和转子的齿数要有定比例的配合，即要求在相的对极下，定子和转子的齿对齐，而此时在其它两相的磁极下，定子和转子的齿要分别错开定的角度。

这样，如果步进电机的三相绕组按定的方式通电，那么它就以定的步矩角进行走步。

步进电机的步距角的大小是由转子的齿数控制绕组的相数和通电方式决定，它们之间存在以下关系式.式中，为步距角为通电状态系数，当采用单相或双相通电方式时，而采用单双相轮流通电方式时，为步进电机的相数为步进电机转子齿数。

控制绕组通电状态的改变，是由外加输入脉冲驱动电路来实现的。

每当外电路送入个脉冲，控制绕组的通电状态即改变次，与此对应步进电机将转动个步距角。

因此步进电机转过的步距角数