1、中 北 大 學畢業設計中期報告學 生 姓 名：學 號：學 院、系：信息與通信工程學院 專 業： 論 文 題 目：單片機步進電機控制器的設計 指導教師: 2013 年 4 月 15 日畢業設計中期報告學校中北大學專業學生姓名班級 學號 論文題目 單片機步進電機控制器的設計本人在該設計中具體應完成的工作1、 查閱有關資料了解課題設計的背景，現實應用、現實意義以及設計概況。2、 搜索相關論文參考設計思路，以及結合本設計擬定設計思路。3、 仔細分析各模塊電路，根據設計要求設計各個模塊電路，并根據要求選擇芯片，查詢各個芯片的功能及其參數、性能。4、 在設計各個電路模塊的同時，用C語言編寫程序，下載到單片

2、機中，控制模塊電路工作，從而實現步進電機控制器的要求。5、 軟件設計和硬件設計應完全實現設計的功能，同時要查找漏洞，不斷修正。1、 簡述畢業設計開始以來所做的具體工作和取得的進展（要詳細內容）（1）、查閱資料，了解課題背景，課題的目的和研究意義。 畢業設計以來通過查閱大量相關資料，理解步進電機控制器的研究背景，先后通過網絡，書籍，查閱論文，在閱讀大量的資料后對步進電機有了近一步的認識，深刻的了解了它的研究目的和研究意義，同時為撰寫開題報告積累了寶貴的素材資料，為后期的電路模塊設計奠定了堅實的基礎。 我了解到步進電機是一種把電脈沖信號變成直線位移或角位移的控制電機,其位移速度與脈沖頻率成正比,位

3、移量與脈沖數成正比。步進電機在結構上也是由定子和轉子組成,可以對旋轉角度和轉動速度進行高精度控制。當電流流過定子繞組時,定子繞組產生一矢量磁場,該矢量場會帶動轉子旋轉一角度,使得轉子的一對磁極磁場方向與定子的磁場方向一致。定子繞組矢量磁場每旋轉一個角度,轉子也隨著該磁場旋轉一個角度。因此控制電機轉子旋轉實際上就是以一定的規律控制定子繞組的電流來產生旋轉的磁場。（2） 、撰寫開題報告，根據功能要求設計個模塊電路并明確各電路模塊實現的具體功能。 上網查閱相關的器件和芯片，了解他們的用法要實現的功能，如采集速度所用的對射式光電傳感，用來驅動電路的電機驅動芯片L298N。首先了解他們的功能以后，才能近

4、一步去設計電路。其次，步進電機主要是為了通過控制脈沖頻率來實現調速、快速起停、正反轉以及制動，就如何實現這些功能，查閱了相關的資料，并結合自己的分析，設計各個模塊。 a、步進電機的轉向控制如果給定的工作方式按正序換向通電，步進電機正轉，如果按反序換向通電、步進電機反轉，給定的步進電機是三相流拍，正轉為A-AB-B-BC-C-CA-A，那么反轉即為A-AC-C-CB-B-BA-A。 b、步進電機的速度控制給步進電機發一個控制脈沖、它就轉一步，再發一個脈沖，他就再轉一步，因此控制所發脈沖的頻率，頻率低，它的速度就慢，頻率高，它的速度也快。 c、步進電機的起停控制步進電機由于電氣特性，運轉時會有步進

5、感，即振動感。為了使電機轉動平滑，減小振動，可在步進電機的控制脈沖的上升沿和下降沿采用細分的梯形波，可以減小步進電機的步進角，提高電機運行的平穩性。在步進電機停轉時，為了防止因慣性使電機軸產生順滑，則采用合適的鎖定波形，產生鎖定磁力距，鎖定步進電機的轉軸，使步進電機的轉軸不能自由轉動。d、步進電機的加減速控制在步進電機控制系統中,通過實驗發現,如果信號變化太快,步進電機由于慣性跟不上電信號的變化,這時就會產生堵轉和丟步現象。所以,步進電機在啟動時,必須有加速過程,在停止時必須有減速過程。理想的加速曲線一般為指數曲線,步進電機整個減速過程的頻率變化規律是整個加速過程頻率變化規律的逆過程。選定的曲

6、線比較符合步進電機加減速過程的運行規律,能充分利用步進電機的有效轉矩,快速響應性好,縮短加減速的時間,并可防止失步和過沖現象。（3） 、硬件組成 步進電機的控制系統主要由單片機AT89C51、電機驅動芯片L298N、4 4 的鍵盤用12864LCD液晶顯示器 、電源和時鐘電路等幾個單元組成,借助于AT89C51 中內置的看門狗,可使系統在失控時恢復正常運行。整個系統外圍元件少,具有結構簡單、成本低廉、可靠性高、使用方便、通用性強等特點。在實際應用中,也可采用大功率的管子來代替L298N對步進電機進行驅動,成本比較低,缺點是管子的特性有一定差異,對驅動效果有一定的影響。2、 目前存在問題，下一步

7、的主要研究任務，具體設想與安排（要詳細內容）存在的問題： （1）把各個電路模塊的細節完善，尤其是細節地方，和不完全懂的地方，弄懂。并試著自己去設計電路和編寫程序。 （2）各個模塊的設計以及如何把各個模塊整合起來實現步進電機控制器的核心環節，查詢相關書籍，繼續鞏固單片機和C語言程序的學習，在設計的過程中在這方面還是有很大的難度。 （3）在軟件設計和硬件設計兩個方面，很多的小細節沒有弄懂，在設計的時候相關的參數怎么設定。下一步要研究的任務：(1) 、近期先翻譯英文文獻，在十天之內把英文文獻翻譯出來。(2) 、在接下來，開始步進電機控制器的硬件設計和軟件設計。(3) 、把不懂的環節通過查閱資料和請教老師、同學，爭取弄清楚。 （4）、設計的過程中，先實現各個模塊的功能，然后再實現整體的功能，重點和難點是軟件設計。 （5