毕业论文课题相关文献综述
1．引言步进电动机是数字控制系统中一种十分重要的自动化执行元件，在工业自动化装备，办公自动化设备中有着广泛的运用，近年来，控制技术、计算机技术以及微电子技术的迅速发展，有力地推动了步进电动机控制技术的进步，提高了步进电动机运动控制装置的应用水平。过去电动机的控制多用模拟法，随着计算机应用技术的迅速发展，电动机的控制也发生了深刻的变化，步进电机常常和计算机一起组成高精度的数字控制系统。模拟控制已经逐渐被使用单片机为主的混合控制和全数字控制所取代。步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的执行机构，其转子角位移与输入脉冲的频率成正比，通过改变脉冲频率可以实现大范围的调速；同时，步进电机易于与计算机和其他数字元件接口，因此被应用于各种数字控制系统中，本设计的步进电动机控制系统由单片机（控制电路），脉冲分配电路、功率放大电路（驱动电路）、步进电动机及电源系统组成组成。步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是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、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。2.设计要求1、用l297 l298芯片驱动步进电机；2、有正反转方向控制；3、有加速和减速控制，加减速的幅度自定；4、对步进电机的失步问题进行研究和探索，提出可行的途径解决失步问题；一．系统设计硬件主要以单片机为核心，选用的步进电机是两相四拍或四相八拍步进电机，通过软件仿真和硬件电路的形式实现步进电机的启停、正转、反转、加速、减速功能，并且步进电机所处的状态用相应的发光二极管显示。主要通过三大块来设计，包括驱动电路的设计、状态显示部分和按键部分是设计。本设计的系统总框图如图所示： 二．系统构成以51单片机为核心处理器、单片机作为主控制器，DC-5V步进电机，集成芯片l297 l298作为电机驱动。五个按键输入，对应功能分别是：正转、反转、复位、速度加、速度减；LED数码管显示电机的正反转，同时显示电机运行速度的档数；5个小红灯一个为电源指示，四个指示电机的转速。1.单片机本次设计选用STC89C51作为步进电机的控制芯片。STC89C51的结构简单并可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上。使用方便等优点，而且完全兼容MCS51系列单片机的所有功能。STC89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器 （FPEROMFAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。单片机引脚图2. 步进电机选择步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。 使用多相步进电动机，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。 正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。本设计采用的是单四拍的工作方式，即单相绕组通电，A-B-C-D3. 键盘控制电路键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。键盘实质是一组按键开关的集合。键盘所用开关为机械弹性开关，利用了机械触点的合、断作用。按键的闭合与否，反映在输出电压上就是呈现出高电平或低电平。通过对输出电平的高低状态的检测，便可确认按键按下与否。在本设计中，高电平表示按键断开，低电平表示按键闭合状体。并且，为了能直观形象的表示按键闭合与否，还为每个按键相应增加了发光二极管，按键断开时，发光二极管灭，当有键闭合时，相应的发光二极管变亮。4.数码管显示数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到 5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。本设计采用共阳极数码管来显示时间，利用三极管的开关作用驱动数码管。
5.驱动模块
本系统的设计目的为了高效控制步进电机的转动，因此需要将单片机发出的脉冲转化为步进角度，才能控制步进电机转动。
方案一：采用uln2003集成芯片为步进电机提供脉冲信号。
方案二：采用L297和L298集成芯片为步进电机提供脉冲信号。
L297是意大利SGS半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产生4相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机。L297能产生单四拍、双四拍和四相八拍工作所需的适当相序。3种方式的驱动相序都可以很容易地根据变换器输出的格雷码的顺序产生，格雷码的顺序直接与四八拍(半步方式)相符合，只要在脚19输入一高电平即可得到。 L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号，但在本驱动电路中用L297 来提供时序信号，节省了单片机IO 端口的使用。L298N之接脚如图所示，Pin1和Pin15可与电流侦测用电阻连接来控制负载的电路；OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4之间可分别接2个步进电机；input1-input4输入控制电位来控制电机的正反转；Enable则控制电机停转。
L298芯片引脚图L297加驱动器组成的步进电机控制电路具有以下优点：使用元件少，组件的损耗低，可靠性高体积小，软件开发简单，并且计算机(或单片机)硬件 费用大大减少L297 与L298配合使用控制步进电机工作电流可达2.5A，可以很好的驱动步进电机。
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