编 号： 审定成绩： 重庆邮电大学移通学院毕业设计（论文）设计（论文）题目：伺服电机运行控制器的设计单 位（系别） ：自动化学 生 姓 名 ：武波专 业 ：电气工程与自动化班 级 ：05010901学 号 ：0513090137指 导 教 师 ：聂岚答辩组 负责人 ：徐辉填表时间： 2013年6月重庆邮电大学移通学院教务处制摘 要步进电机是最常见的一种电机，作为一种数字伺服执行元件，能与控制芯片相结合成伺服控制系统；具有良好的随动性，能够实现精准控制，在现代控制领域中具有不可替代的作用。步进电机控制系统主要由步进控制器，功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制，用软件代替上述步进控制器，使得线路简单，成本低，可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。本设计首先介绍了步进电机、AT89C52单片机、L297和L298N驱动电路的基本原理与功能；其次，设计步进电机实现起停、转向、速度控制方案；再次，在这些器件功能与特点的基础上，拟出设计思路，构建系统的总体框架；最后利用PROTEL软件绘出电路图，同时写出设计系统的运行流程和相关程序。本设计主要思想是以AT89C52单片机为控制核心，L297和L298N作为驱动芯片。通过单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率时间对步进电机的转速控制，实现电机调速与正反转功能，并将电机所处的状态用数码管显示出来。【关键词】伺服 步进电机 单片机 AT89C52ABSTRACTStepper motor is one of the most common motors. As a digital servo actuators, it can be combined with a control chip into the servo control system; with the good followup, it can realize the precise control and hold an irreplaceable role in modern control domain. Stepper motor control system is mainly composed of stepping controller, power amplifier and the stepper motor, etc. Controlled by single chip microcomputer, using software instead of the above step controller, makes the circuit simple, low cost and reliability is greatly increased. Software programming can flexibly produce different types of stepper motor excitation sequence to control the operation of various kinds of stepper motor.This design first introduced the principle and function of the stepper motor, AT89C52 singlechip microcomputer, L297 and L298N drive circuit; Second, design the scheme of start-stop, steering and speed, position control of stepper motor; Once again, on the basis of these devices functions and characteristics, draw up the design idea and build the systems overall framework; Finally using PROTEL software draw circuit diagram, at the same time write a design system operation process and related procedures. The main idea of the design is based on AT89C52 single chip microcomputer as control core, chip L297 and L298 as a driver. Through single chip microcomputer internal timers to alter the frequency of CP pulses time stepping motor speed control, realizes the motor speed and positive &negative function, and use digital tube to display the motors state.【Key words】servo stepper motor singlechip AT89C52目 录前 言1第一章 绪论2第一节 课题背景2一、伺服电机的介绍2二、伺服控制器的介绍3第二节 设计目的及系统功能4第二章 系统硬件分析6第一节 系统组成6第二节 步进电机简介8一、步进电动机的种类8二、步进电机的结构及工作原理9三、步进电动机的驱动12第三节 单片机简介14第四节 电机驱动芯片介绍19一、L297简介19二、L298简介20第五节 测速和显示介绍22一、光电编码器测速22二、LED数码显示23第三章 系统硬件电路设计24第一节 系统整体设计24第二节 系统硬件电路设计25一、电源电路设计25二、时钟电路和复位电路设计26三、驱动电路设计26四、按键电路设计27五、测速电路设计28六、显示电路设计29七、抗干扰设计29第四章 系统软件程序设计31第一节 系统主程序设计31第二节 键盘控制程序设计32第三节 正反转程序设计33第四节 加减速程序设计34第五节 显示子程序设计35第六节 定时中断程序设计36结 论37致 谢38参考文献39附 录40一、英文原文40二、英文翻译42三、工程设计图纸44四、源程序清单45前 言在电气时代的今天，电动机在工农业生产与人们日常生活中都起着十分重要的作用。步进电机作为最常见的一种电机，作为一种数字伺服执行元件，步进电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点，广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。为了实现步进电机的简易运动控制，一般以单片机作为控制系统的微处理器，通过步进电机专用驱动芯片实现步进电机的速度和位置定位控制。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。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。第一章 绪论第一节 课题背景近年来，由于数控技术的迅速发展，伺服系统的作用越显突出，伺服系统的应用也越来越广泛。随着国家对制造装备及其技术改造工作的重视，未来的伺服系统将会占据自动化领域一个重要角色。一、伺服电机的介绍从定义上来讲伺服电机（servo motor）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置，它是可能的一个简单的交流感应电机是连接到一个速度控制器。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服可作为交流或直流电动机。早期一般伺服直流电动机，随着晶体管成为能够控制大电流和开关的大电流在更高的频率，交流伺服电机成为更经常地使用。步进电机按工作方式分类：可分为功率式和伺服式两种。在开环伺服系统中常用步进电动机做伺服电机，因为开环伺服系统不设置检测反馈装置，不构成运动反馈控制回路，电动机按装置发出的指令脉冲工作，对运动误差没有检测反馈和处理修正过程。步进电动机的转速不可能很高，运动部件的速度受到限制。但步进电机结构简单、可靠性高、成本低，且其控制电路也简单。步进电机在开环控制的系统中和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被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，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。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，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。步进电动机是一种能完成增量运动的电磁机械，它将输入的数字脉冲信号转换成电机转轴的输出角度。在开环方式下，步进电机的输出步数总是和输入指令的脉冲数相等，每个脉冲都使电机转轴前进一个步进角，并依靠它特有的定位转矩将转轴准确地锁定在相应的步距位置。但是，在开环控制方式下，步进电动机的速度控制有着较大难度：在高速运行时，电机易丢失输入脉冲，造成失步；在低速时，步进电动机的转速响应有较大波动，运行不平稳；特别是当电机负载变时，电机的转速波动更大，调整更不容易。当输入脉冲频率很低时，步进电机转子就处于步进运行状态。由于步进电机具备快速启动和停止的能力，它的步距角和转速仅与脉冲频率有关而不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件的影响