(毕业论文43页18642字+图+程序)摘要: 步进电动机的突出优点是它可以在宽广的频率范围内，可以利用改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且由其组成的开环系统简单、廉价、可靠，因此在众多领域有着极其广泛的应用。本设计重点研究了高性能步进电机驱动器及其控制系统。该系统以微机作为上位机，凌阳SPCE061A单片机作为下位机。下位机设定电机速度和方向，上位机对下位机的数据信号进行显示和备份。通过单片机与微机的串口通讯，实现对步进电机的远距离实时监控。使用软件代替环形分配器，完成了高效、节能的步进电机控制系统设计。软件使用易于维护的模块化设计方法，并采取软、硬件抗干扰技术，提高了系统稳定性。大量实验表明系统性能达到设计要求，最后对本次设计做出分析和总结。

关键字：单片机；串口通信；步进电机

 
Design of step motor control system
Abstract: The outstanding advantages of step motor are that it can realize speed regulation, quick startup and stop, positive-reverse control, brake and so on by changing the frequency of pulse. In addition, the open-loop system that consisted of the step motor is simple, cheap and reliability. Therefore its application is very extensive in many fields. The design focuses on a high-performance step motor driver and its control system. The system adopts PC as its master computer and the single-chip microprocessor SPCE061A as its slave computer. The speed and direction of the motor is set by the slave computer, and the data signal of the slave computer are displayed and backuped by the master computer. Using serial communication between single-chip and PC, remote and real-time monitoring of the stepping motor is implemented. We design an efficient and energy step motor control system using software to replace annular distributor. The software is designed using the modular design method that is easy to be maintained, and take hardware and software anti-jamming technology to enhance the stability of the system. A lot of experiments show that the performance of the system has reached the designed requirements. Finally, we analyze and summarize our design.

Key word：Single-chip microprocessor, Serial communication, Stepper motor

 
目  录
第1章  绪  论 1
1.1  课题背景、目的及意义 1
1.1.1  课题的背景 1
1.1.2  课题的目的及意义 1
1.2  论文的主要内容 2
1.3  课题设计的相关理论知识 2
1.3.1  步进电机控制原理 2
1.3.2  串口通信原理 3
第2章  步进电机控制系统的总体设计 5
2.1  单片机的选择 5
2.2  SPCE06LA的内核特点 5
2.3  整体方案设计 6
2.4  小结 7
第3章  系统硬件设计 8
3.1  步进电机控制系统设计 8
3.1.1  驱动芯片的选择 8
3.1.2  步进电机的选择 9
3.1.3  步进电机驱动电路 10
3.2  显示模块硬件设计 11
3.3  PC串口通信模块硬件设计 12
3.4  小结 12
第4章  系统软件设计 13
4.1  SPCE061A编程语言 13
4.2  系统子程序设计 15
4.2.1  功能概述 15
4.2.2  系统初始化 16
4.3  步进电机模块程序设计 20
4.3.1  电机驱动程序设计 20
4.3.2  电机调速调向程序设计 21
4.3.3  电机调速范围程序设计 22
4.4  显示模块程序设计 23
4.4.1  显示模块流程图 23
4.4.2  显示程序设计 24
4.5  串口通信模块程序设计 25
4.5.1  串口通信软件分析 25
4.5.2  串口通信流程图 27
4.5.3  串口通信程序设计 27
4.6  小结 28
第5章  系统测试 29
5.1  系统测试 29
5.2  数据分析 29
5.3  小结 31
结论 33
致谢 34
参考文献 35
附录1：实物图 36
附录2：上机位显示图样 38
 
第1章  绪  论
1.1  课题背景、目的及意义
随着现代化工业进程的发展，控制系统与数据通信在各领域的运用也日益增加，其主导作用也逐渐体现，因此通过本次设计与学习一方面可以锻炼自己的动手能力与学习能力，另一方面可以让我们把握住现代信息社会脉搏，为以后工作和学习确立正确方向与目标。
1.1.1  课题的背景
在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机、在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件，是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。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。研究步进电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
1.1.2  课题的目的及意义
本课题是以SPCE061A单片机为控制核心，实现对步进电机的转速测量和转速调节，为进一步研究和优化步进电机控制方法提供基础。
设计步进电机控制系统能够充分发挥电机的特性，通过本课题，一方面训练我们在查阅资料的基础上，了解凌阳SPCE061A单片机控制的一些基本技术，掌握其控制系统的分析方法与实现,能对串口通信进行系统学习与掌握；另一方面通过本次设计，设计出相应的控制系统，以实现对步进电机转速的测量和转速的调节，且能实现与PC机通信。并以此培养自己的自学和动手能力，从而今后参加工作或进一步深造打下良好的基础。
1.2  论文的主要内容
本次设计主要是对串口通信原理与步进电机的控制理论学习，结合单片机对工业领域中的控制系统与数据通信进行模拟，同时也对编程语言也进行了说明。
在设计过程中以整体分析为前提，细分各模块（电机模块、显示模块、串口模块），对各模块的创建与调试过程都进行了说明，在此期间可以充分了解各模块功能，为下一步整体测试做好充分准备。
系统调试达到整体功能的实现，通过主程序调用各子程序使各模块协同运作，并对其中的存在的问题进行分析与修正。
对设计调试过程中的数据进行统计，并进行数据分析，对产生误差进行说明，确定优化方案，从而达到在学习与实践中不断进步的目的。
1.3  课题设计的相关理论知识
在设计过程中主要学习与设计的是电机控制与串口通信部份，因此先对其了解是非常重要的。