别是步进电机绕组相数大于时，对于大型生产线应该予以考虑。 采用硬件环形分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省资源，目 前市场有多种专用芯片可以选用。步进电机功率驱动电路将输出的控制 脉冲放大，达到比较大的驱动能力，来驱动步进电机。 采用软件来产生控制步进电机的环型脉冲信号，并用中的定时器来 产生速度脉冲信号，这样就可以省掉专用的步进电机驱动器，降低硬件成本。 但由于的扫描周期般为但由于的扫描周期般为几毫秒到几十 毫秒，相应的频率只能达到几百赫兹，因此，受到工作方式的限制及其 扫描周期的影响，步进电机不能在高频下工作，无法实现高速控制。并且在 速度较高时，由于受到扫描周期的影响，相应的控制精度就降低了。 基于单片机的控制 采用单片机来控制步进电机，实现了软件与硬件相结合的控制方法。用 软件代替环形分配器，达到了对步进电机的最佳控制。系统中采用单片机接 口线直接去控制步进电机各相驱动线路。由于单片机的强大功能，还可设计精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是 会行动的人, 大量的外围电路，键盘作为个外部中断源，设置了步进电机正转反转 档次停止等功能，采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序，完 成对步进电机的最佳控制，显示器及时显示正转反转速度等状态。环形分 配器其功能由单片机系统实现，采用软件编程的办法实现脉冲的分配。 本方案有以下优点单片机软件编程可以使复杂的控制过程实现自动 控制和精确控制，避免了失步振荡等对控制精度的影响用软件代替环 形分配器，通过对单片机的设定，用同种电路实现了多相步进电机的控制 和驱动，大大提高了接口电路的灵活性和通用性单片机的强大功能使显 示电路键盘电路复位电路等外围电路有机的组合，大大提高系统的交互 性。 基于以上优点，本次设计采用基于单片机的控制方案。 步进电机驱动技术 步进电动机上个世纪就出现了，它的组成工作原理和今天的反应式步 进电动机没有什么本质区别，也是依靠气隙间的磁导变化来产生电磁转矩。 上世纪年代以后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动 机的控制方式变得更加灵活多样。步进电机驱动技术指的是用步进电机驱动 器的驱动级来实现对步进电机各相绕组的通电和断电，同时也是对绕组承受 的电压和电流进行控制的技术。到目前为止，步进电机驱动技术通常分为单 电压驱动单电压串电阻驱动高低压驱动斩波恒流驱动升频升压驱动 和细分驱动等。 单电压驱动是通过改变电路的时间常数以提高电机的高频特性。该驱动 方式早在六十年代初期国外就已大量使用，它的优点是结构简单成本低 缺点是串接电阻器的做法将产生大量的能量损耗，尤其是在高频工作时更加 严重，因而它只适用于小功率或对性能指标要求不高的步进电机驱动。单电 压串电阻驱动是在单电压驱动技术的基础上为电枢绕组回路串入电阻，用以 改善电路的时间常数以提高电机的高频特性。它提高了步进电机的高频响应精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是 会行动的人, 减少了电动机的共振，也带来了损耗大效率低的缺点。这种驱动方式目前 主要用于小功率或启动运行频率要求不高的场合。 高低压驱动是指不论电动机的工作频率是多少，在导通相的前沿用高电 压供电来提高电流的上升沿斜率，而在前沿过后采用低电压来维持绕组的电 流，即采用加大绕组电流的注入量以提高出力，而不是通过改善电路的时间 常数来使矩频性能得以提高。但是使用这种驱动方式的电机，其绕组的电流 波形在高压工作结束和低压工作开始的衔接处呈凹形，致使电机的输出力矩 有所下降。这种驱动方式目前在实际应用中还比较常见。 为了弥补高低压电路中电流波形的下凹，提高输出转矩，七十年代中期 研制出斩波电路，该电路由于采用斩波技术，使绕组电流在额定值上下成锯 齿形波动，流过绕组的有效电流相应增加，故电机的输出转矩增大，而且不 需外接电阻，整个系统的功耗下降，效率较高，因而恒流斩波电路得到了广 泛应用，本文正是应用恒流斩波技术实现了驱动控制。 为改善恒流驱动方式的低频特性，设计个低速时低电压驱动，高速时 高电压驱动的电路，使其成为个由脉冲频率控制的可变输出电压的开关稳 压驱动电源。在低速运行时，电子控制器调节功率开关管的导通角，使线路 输出的平均电压较低，电动机不会像在恒流斩波驱动下那样在低速容易出现 过冲或共振现象，从而避免产生明显的振荡。当运行速度逐渐变快时，平均 电压渐渐提高以提供给绕组足够的电流。调频调压线路性能优于恒电压和恒 电流线路，但实际运行中需要针对不同参数的电机，相应调整其输出电压与 输入频率的特性。 细分驱动是指在每次脉冲切换时，不是将绕组的全部电流通入或切除， 而是只改变相应绕组中电流的部分，电动机的合成磁势也只旋转步距角的 部分。细分驱动步进电机的工作特点，了解这些 特点对我们步进电机的选择和应用具有很好的参考作用。总的来说通过这 章的介绍，我们对步进电机有了个总体的也比较全面的了解和掌握。精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是 会行动的人, 第章系统的硬件设计 系统设计方案 系统的方案简述与设计要求 本设计采用单片机来作为整个步进电机控制系统的运动控制 核心部件，采用了电机驱动芯片及其外围电路构成了整个系统的驱动 部分，再加上作为执行部件的步进电机来构成了个基本的步进电机控制系 统。系统的具体功能和要求如下 单片机最小系统板的设计 设计兼有两相两拍和两相四拍的脉冲分配器 实现步进电机的启停正转反转控制 驱动电路可提供电压为，电流为的驱动信号 能实现步进电机的转速调节，最低转速为转分，最高转速为 转分 步进电机的转速由数码管显示 键盘扫描电路的设计 系统的组成及其对应功能简述 整个系统的组成包括单片机最小系统，电机驱动模块，串口下载模块， 数码管显示模块，电机驱动电流检测模块，按键等模块组成。具体框图 如图所示 精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是 会行动的人, 按键控制模块计算机 串口通信模 块 单片机最小系统 电机驱动模 块 步进 电机 数码管显 示模块 驱动电流检测模块 图系统总体框图 单片机最小系统作为整个系统的控制核心，它主要负责产生控制步进电 机转动的脉冲，通过单片机的软件编程代替环形脉冲分配器输出控制步进电 机的脉冲信号，步进电机转动的角度大小与单片机输出的脉冲数成正比步进 电机转动的速度与输出的脉冲频率成正比，而步进电机转动的的方向与输出 的脉冲顺序有关。同时单片机系统还负责处理来自电机驱动电流检测模块检 测到的电流值。与此同时，单片机将会把电机转速，电机的转动方向，以及 电流检测模块检测到的电机驱动的电流通过数码管显示出来。 电机驱动模块负责将单片机发给步进电机的信号功率放大，从而驱动电 机工作。 串口下载模块主要是负责实行计算机和单片机之间的通信，将在计算机 里面编写好的程序下载到单片机芯片当中。 数码管显示模块就主要是显示电机转速，电机转向，和通过电机的电流 等系统的实时信息。 电机驱动电流检测模块主要是检测通过电机驱动芯片的电流，然后通过 运放将检测到的信号放大，最后将放大后的信号通过模数转换芯片 处理后送给单片机。 按键作为个外部中断源，和单片机端口连接，通过它设置了电机 的正转，反转，加速，减速，显示电机电流等功能。采用了中断和查询相结 合的方法来调用中断服务程序，完成了对步进电机的最佳的及时的控制。 本节主要是在第章和第二章的基础上引出了本论文将要采用的设计方精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是 会行动的人, 案，并详细的清楚的条条列出了设计要实现的基本设计要求。然后是基于 我的设计方案，比较简单的但有条理的描述了系统的各个部分的组成以及其 对应的基本功能。通过这章的内容，我们能对本设计有个简单的总体的 把握，既是能清楚的知道本题目的设计内容，设计方法，以及最终的预期目 标。 单片机最小系统 简介 是美国公司生产的低功耗，高性能位单片机，片 内含的可系统编程的只读程序存储器,器件采用公司 的高密度非易失性存储技术生产，兼容标准指令系统及引脚。它集 程序存储器既可在线编程也可用传统方法进行编程及通用位 微处理器于单片芯片中，功能强大。 主要性能参数 与产品指令系统完全兼容 字节在系统编程闪速存储器 次擦写周期 的工作电压范围 全静态工作模式 三级程序加密锁 字节内部 个可编程口线 个位定时计数器 个中断源 全双工串行通道 低功耗空闲和掉电模式 中断可从空闲模唤醒系统精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是 会行动的人, 看门狗及双数据指针 掉电标识和快速编程特性 灵活的在系统编程字节或页写模式 功能特性概述 提供以下标准功能字节闪速存储器，字节内 部，个口线，看门狗，两个数据指针，两个位定 时计数器，个向量两级中断结构，个全双工串行通信口，片内振荡 器及时钟电路。同时，可降至的静态逻辑操作，并支持两种软 件可选的节电工作模式。空闲方式停止的工作，但允许，定时计 数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存的内容，但振荡 器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下个硬件复位。 引脚功能说明 图 该设计使用到的单片机芯片对应管脚名称位置等如图的引脚功能图 详细说明。 电源电压 地精品文档世界上，成功的有两种人，种人是傻子，种人是疯子。傻子是会吃亏的人，疯子是 会行动的人, 口口是组位漏极开路型双向口，也即地址数据 总线复用口。作为输出口用时，每位能驱动个逻辑门电路，对端口写 可作为高阻抗输入端用。在和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉 电阻。在编程时，口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字 节，校验时，要求外接上拉电阻。访问外部数据存储器或程序存储器时，这 组口线分时转换地址低位。 口是个带内部上拉电阻的位双向口，的输出 缓冲级可驱动吸收或输出电流个逻辑门电路。对端口写，通 过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，