基于51单片机的步进电机控制系统的设计与实现开题报告

全文总字数：2915字

1. 研究目的与意义（文献综述）

步进电机是数字式控制电机，步进电机起源于1830年，最早的步进电机是应用在缺乏交流电源的船舶系统之中，步进电机已经可以和直流电动机并驾齐驱了。世界上第一个伺服系统是火炮自动跟踪目标伺服系统。这种早期的系统的缺点是响应速度比较慢。到了 20 世纪 60 年代，液压伺服系统和小功率伺服步进电机伺服系统广泛应用于实际中。20 世纪 70 年代，美国研制成功了宽调速直流电动机。20 世纪80 年代，大规模集成电路，电子学，计算机等方面的极大发展，对步进电机伺服系统也有大的帮助。直到 20 世纪 90 年代，机器人的发展需要有步进电机作为伺服控制系统的元件，在小规模的数控机床上得到广泛应用。进入 21 世纪以来，以 dsp 为核心的步进电机控制系统，实现了全数字化的控制，以软件控制代替了硬件控制。

历史证明,一个国家的制造业水平在很大程度上可以体现国家的实力,国家的发展也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,并在制造业中得到了愈来愈广泛的应用,先后出现了数控、计算机数控、柔性制造单元、柔性制造系统、计算机辅助设计与制造、计算机集成制造系统工等多项先进制造技术与制造模式,推动着世界制造业进入一个崭新的阶段川。而在这些技术环节中,具有很多优点的步进电机就是一个重要角色,比如在数控技术中。步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机,国外一般称为。或,其应用发展己有约年的历史。可以说步进电动机天生就是一种离散运动的装置,是纯粹的数字控制电动机,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或截止,从而使电动机产生步进运动。就是说给一个电脉冲信号,电动机就转过一个角度或者前进一步,其输出转角、转速与输入脉冲的个数、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。步进电动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,这是步进电动机最突出的优点。正是由于步进电机具有突出的优点,所以成了机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。比如在数控系统中就得到广泛的应用。

2. 研究的基本内容与方案

内容：本课题通过以st89c51单片机为核心的步进电机驱动控制电路实现步进电机的控制，为满足客户需求从软件设计上设立两种模式以满足不同用户的需求。

元件： st89c52单片机，cd4511译码器，led显示灯，独立键盘，步进电机，复位电路等。

方案：硬件的设计主要以st89c52单片机为核心，直接利用单片机输出步进电机的控制脉冲，在端口资源充足的情况下省却了外部电路，大大简化了电路。硬件部分主要由st89c51单片机和外围电路组成。外围电路分为显示电路，复位电路和按键电路。显示电路的主要核心是cd4511译码器，通过cd4511译码器根据单片机所产生的的信号对七段led管进行驱动，实现显示功能。按键采用动态扫描电路主要目的是节省单片机的端口，但是能满足所需要的按键数量，为整个设计的模式执行创造了先决条件。复位电路则主要是对单片机的电压和运用进行监控保证单片机的正常运行，是单片机的必备电路。最后利用单片机本身的脉冲信号生成能力由单片机直接发出步进电机驱动脉冲信号实现对步进电机的驱动和控制作为步进电机的驱动端，避免了外加电路，成本更低。硬件概念图如下

3. 研究计划与安排

1-3周，论文题目调研，撰写开题报告。

4-7周，设计并制作相关硬件系统.

8-10周，编写控制程序并调试。

11-15周，撰写并修改论文

4. 参考文献（12篇以上）

[1]丁凡一,孙振伟,李智鑫,方致远,耿慧娟.基于51单片机的轮胎自动加气装置[j].林业机械与木工设备,2017,(第2期).

[2]王凯.基于51单片机的红外遥控系统实现[j].电子技术与软件工程,2017,(第10期).

[3]yuzhou,indoor infrared ultrasonic location and tracking motor speed control based on single chip[j],journal of sensor technology application, 2015 , 03 (3) :89-100