（答辩稿）二维步进单片机控制工作台控制系统设计（CAD图纸+DOC论文）

步进电机的工作特性在很大程度上取决于驱动电源的特性，对其每相绕组来说，驱动电源相当于个电流无触点开关，理想的驱动电源应使通过绕组的电流尽量接近矩形波。

由于电机绕组有很大的电感，要做到这点是困难的。

传统的双极型功率晶体管驱动电路有两种型式，种是应用于小功率步进电机的单电源驱动线路，另种是应用于功率步进电机的高低压双电源驱动线路。

这两种电路的共同问题是损耗大，效率低，而且大功率管易发生击穿故障。

本控制系统采用步进电机驱动，内含四组达灵顿晶体管，使步进电机有足够大的驱动电流，各个极有的输入电流，才可使导通。

每个输入可承受的最大电流为，非常适合来驱动步进电机！因为极需要的输入电流方可导通，所以要用缓冲器来推动，其可用的组件有。

.步进电机及其驱动电路的设计步进电机的技术参数具体的产品的型号为技术数据见表表步进电机技术数据相数步距角电压相电流最大静转矩.空载启动频率电感电阻分配方式外形尺寸轴径重量转子转动惯量相六拍步进电机驱动电路的设计输出通道的设计内容是确定通道结构和元件装置，合理选择驱动电路。

本系统的输出通道也就是控制步进电机的通道，由于的口可以作为输出使用，所以将其作为输出通道的控制端口，采用三相六拍的步进电机进行并行控制需要口中的六位。

另外，单片机与步进电机的接口由专用的控制装置来实现。

步进电机的脉冲分配由单片机通过软件控制构成环行分配器。

除了上面的，个完整的步进电机的控制还需要光电隔离器。

光电隔离器的作用的把步进电机与单片机隔离开来，即把强电部分与弱电部分隔开，以保护单片机在步进电机漏电的时候单片机不会被损坏。

光电隔离器是隔离器的种，它是把发光器件与光敏接受器件集成在起，或用根光导纤维把两部分连接起来的器件。

通常发光器件为发光二极管，光接受器件为光敏晶体管等。

加在发光器件上的电信号为耦合器的输入信号，接受器件输出的信号为隔离器的输出信号。

当有输入信号加在光电隔离器的输入端时，发光器件发光，光敏管受光照射产生光电流，使输出端产生相应的电信号，于是实现了光电的传输和转换。

其主要特点是以光为媒介实现电信号的传输，而且器件的输入和输出之间在电气上完全是绝缘的。

从结构上看，光电隔离器由发光二极管和光敏晶体管封装在同个管壳内组成，其表示符号如图所示。

它们在结构排列上使辐射能量有效地耦合到光敏晶体管上，般有金属封装和塑料封装两种形式。

金属封装采用金属外壳并用玻璃绝缘，芯片采用环焊以保证发光管与接受管对准。

塑料封装采用双列直插式结构，管芯先装于管脚上，中间用透明树脂固定，具有聚光作用，故灵敏度较高，是目前应用较多的种。

图光电隔离器原理图本控制系统选用型光电耦合器。

引脚如图图型光电耦合器引脚每个型光电耦合器有四个光电隔离器，所以本系统需要两个这样的光电耦合器，实现单片机与步进电机的隔离。

微处理器的选择微处理器的主要性能指标是位数主频寻址能力指令系统内部寄存器情况等。

位数是重要的指标，除了影响运算精度外，还关系到指令系统的功能寻址能力以及操作速度等。

主频影响操作速度。

寻址能力决定可能的最大存储容量。

指令系统性能影响数据处理输入输出等操作功能以及编程的方便性。

内部寄存器的数量和功能也和操作方便性有关。

此外，单片机都带有定数量的内部，还有内部或其它器件。

考虑到需要满足的要求及经济因素，本系统选择单片机。

单片机简介单片机是种单片机系列的名称，由公司研发，是目前国内广泛应用的单片机，属于这系列的单片机型号有许多种，包括等，它们的基本组成和基本性能都是相同的，但是性能上略有差别。

单片机是在块芯片上集成了定时器计数器和多种功能的端口等台计算机所需要的基本功能部件。

单片机内部包含了下列的几个部件个位个片内震荡器及时钟电路字节程序存储器字节数据存储器两个位可编程定时器计数器个可编程全双工串行口四个位可编程并行口字节外部数据存储器和字节程序存储器扩展控制电路五个中断源，两个优先级嵌套中断机构。

以上部分通过总线连接。

系列单片机的引脚系列单片机中各种型号的引脚是相互兼容的，而绝大多数都采用引脚的双列直插封装方式。

如图所示图引脚图的引脚功能主电源引脚和脚接电压脚接地。

外接晶体引脚和脚接外部晶体的个引脚。

在单片机内部，它是个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。

当采用外部振荡器时，对单片机，此引脚应接地对单片机，此引脚作为驱动端。

脚接外晶体的另端。

在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。

采用外部振荡器时，对单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端对，此引脚应悬浮。

控制或与其它电源复用引脚和脚当振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。

推荐在此引脚与引脚之间连接个约二维步进单片机控制工作台控制系统设计摘要二维，步进，单片机，控制，节制，工作台，控制系统，设计，毕业设计，全套，图纸摘要如今，由于工作台操作简单，精度高，能够满足般生产需求。

正因为如此，所以它广泛应。

本文主要研究的是两维步进单片机控制工作台的控制部分。

主要的任务就是用单片机实现两个步进电机的正反转和速度的控制。

本控制系统可以由键盘输入运行的步数，由管显示，信号经单片机转换，采用软件对信号进行环形分配，利用光电隔离器进行光电隔离，经功率放大器进行信号的放大，用放大的信号来驱动步进电机的运行。

由各个功能键控制系统的运行，按启动键后，步进电机按照输入的步数进行走步如在运行期间按停止键，则步进电机停止运行。

工作台的两头都有行程开关，如果超出了极限位置，行程开关闭合，步进电机停止转动，并且蜂鸣器报警。

关键词工作台步进电机单片机目录绪论.课题研究的背景.工作台的发展现状与方向.本课题研究的范围和意义.步进电机的发展现状.单片机的发展现状控制系统的总体设计.系统总体方案.机械系统.控制系统设计接口设计控制方案的选择伺服系统设计控制系统的设计方案.硬件系统设计系统的硬件结构步进电机微处理器的选择键盘操作的接口电路设计显示部分操作的接口和电路设计报警电路的设计单片机与机的通信系统的抗干扰设计.软件系统设计软件结构设计系统的程序流程结论致谢参考文献附录绪论.课题研究的背景当今社会，随着科技的发展，工作台的应用越来越广泛。

现在的工作台广泛用于焊接，点胶，打孔，包装，取料等各类精密位置控制设备的应用等。

人们对工作台的研究从来没有停止过。

为了满足不同的要求，出现了各式各样的工作台。

例如，用于普通画线用的二维工作台，具有防静电功能的防静电工作台，还有回转工作台可用于分度，用于高精度的加工的纳米微动工作台等。

随着人类的进步，越来越多并且越来越好的工作台将会被制造出来，来满足生产发展的需求。

.工作台的发展现状与方向纳米级微动工作台的研究现状及发展趋势纳米级微动工作台为从事纳米科学技术研究提供维二维或三维的纳米级微运动，是纳米科学技术研究应必备的关键仪器设备。

现代纳米科学技术的快速发展对微动工作台提出了迫切的更高要求，即在提供大范围运动的前提下，还应具有纳米级的运动精度。

在为纳米科学技术研究提供小范围纳米级精度的微运动时，最常见的是以压电陶瓷作为驱动部件的柔性铰链机构微动工作台，要为纳米科学技术研究提供大范围纳米级精度的微运动时，柔性铰链机构压电堆丝杆滑动机构和气浮微动工作台等却都不能满足要求，它们不能同时实现纳米级运动精度和大运动范围。

磁悬浮微动工作台由于运动平台和驱动机构采用非接触的磁悬浮驱动技术，因此，易于实现大范围纳米级微运动，并且消除了摩擦磨损对运动精度造成的影响。

纳米级微动工作台的研究现状.柔性铰链式微动工作台柔性铰链微动机构是近年来发展起来的种新型的微位移机构。

它的特点是结构紧凑体积很小，可以做到无机械摩擦无间隙，具有较高的位移分辨率，可达。

使用压电或电致伸缩器件驱动，可以实现亚微米甚至是纳米级的精度，同时不产生噪音和发热，可适于各种介质环境工作，是精密机械中理想的微位移机构。

已在航空宇航微电子工业部门精密测量和生物工程领域获得重要的应用。

由于它的出现，开创了精度进入纳米的新时代。

.滚动导轨式微动工作台滚动导轨也是微动工作台中种常见的导轨形式，它具有行程大，运动灵活结构简单工艺性好容易实现较高的定位精度的优点，采用滚珠导轨作为微动工作台的支承和导向元件，直流伺服电机传动实现了对自动分步重复光刻机的微定位控制。

.磁悬浮式微动工作台磁悬浮式微动工作台由于运动平台和驱动机构采用非接触式的磁悬浮驱动技术，因此没有摩擦力和机械部件的磨损，易于实现高精度大范围的要求。

纳米级微动工作台发展趋势及需要解决的问题大范围高精度是纳米科技对微动工作台提出的新要求，然而大行程和高精度是微动技术中的对矛盾。

因此微动工作台的未来研究方向应围绕如何解决这对矛盾展开。

.多种微运动相结合技术结合多种微动方法以弥补各自的不足仍然是解决以上问题的主要办法，比如在现有研究已经成熟的各种微动工作台基础上，妥善解决好其中两种或者多种微动工作台间的兼容性，解决好机械结构间的装配误差多种平台间的定位误差，采用粗动和微动相结合的方法，粗动台用以完成快速大范围，微动工作台实现高精度，也就是说通过微动工作台对粗动工作台由于运动所带来的误差进行精度补偿，以此实现大范围高精度的要求。

.新型纳米级微动工作台的研究运动方向间的交叉耦合严重影响纳米微动工作台的定位精度，因此需进步研究运动导向结构，从运动原理上有效地消除运动方向间的交叉耦合产生的定位误差，提高纳米级微动工作台的定位精度。

.改进控制策略，如采用建立迟滞和蠕变数学模型进行开环控制来避免因反馈而可能引起的不稳定问题，采用自适应控制消除建模的误差和参数的不确定性及系统环境的变化等因数对系统精度的影响，提高系统的鲁棒性。

采用模糊控制神经元网络控制等方法改善系统的非线性和不确定性。

.磁悬浮微动工作台性能的进步提高在现有磁悬浮微动工作台基础上，充分考虑磁滞非线性磁饱和以及高次谐波对系统精度的影响，解决运动控制和定位技术，从而实现纳米级精度的大范围运动。

随着微米纳米科学技术的不断发展，纳米级微动工作台的研究正日益受到国内外的重视。

但因受到机械加工精度控制精度和机构复杂性等技术水平的制约，其精度和运动范围还受到定影响，随着对微动工作台的深入研究，结构合理高精度和高分辨率的微动工作台必将不断问世。

旋转升降式工作台的发展趋势多种多样的升降工作台有着广泛的应用领域。

许多工业企业除了在生产线上或生产线外使用升降工作台以外，往