中在 集成开发环境下，实现步进电机控制系统的程序设计编译调试，并最终生 成目标文件，而由英国公司所提供的工具 则利用该目标文件实现对步进电机控制系统硬件电路功能的测试。 图步进电机控制系统硬件电路仿真 如图所示，单片机司职步进电机控制器，通过运行在环境下所 开发的程序来控制两个步进电机驱动芯片，从而实现对两轴步进电 机的联动控制。驱动芯片的步进脉冲输入信号来自端口，使能信号 与并联接到的口，由程序控制实现步进电机 的使能，从而避免电机线圈处于短路状态而烧坏驱动芯片。键盘阵列接的 端口，通过程序设计定义每个按键的具体功能。的数据端口接 的端口，控制端口分别接单片机的口。相关的参数值 轴坐标值可以通过以文本方式显示。本文采用软硬件协同仿真的方法经过设计测试 修正再测试次次迭代开发，在制作控制系统硬件电路之前即可实现对系统整机功能的 测试。待系统程序和硬件电路设计方案最终完善之后便可以实际制作如图所示的硬件电 路。显然该种方法可以显著提高系统软硬件开发的成功率，从而有效降低系统的开发周期和 开发成本。 应用实例 图即是根据图进行硬件电路仿真的最终结果所制作的步进电机控制系统电路板。该电 路驱动轴步进电机通过滚珠丝杆带动二维工作台作联动，并由只铅笔模拟加工刀具 将所要加工的二维轨迹描绘出来。 图步进电机控制系统硬件电路 图二维模拟工作平台运动轨迹 步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作 电磁制动轮电磁差分器或角位移发生器等。 有时从些旧设备上拆下的步进电机这种电机般没有损坏要改作它用，般需自己 设计驱动器。此介绍为从日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。该先介绍 该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软硬件设计。 步进电机的工作原理 该步进电机为四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组 按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图是该四相反应式步进电机工作原理示意 图。 图四相步进电机步进示意图 开始时，开关接通电源，断开，相磁极和转子号齿对齐，同 时，转子的号齿就和相绕组磁极产生错齿，号齿就和相绕组磁极产 生错齿。 当开关接通电源，断开时，由于相绕组的磁力线和号齿之间 磁力线的作用，使转子转动，号齿和相绕组的磁极对齐。而号齿和相绕 组产生错齿，号齿就和相绕组磁极产生错齿。依次类推，四相绕 组轮流供电，则转子会沿着方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍双四拍八拍三种工作方式。单四 拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四 拍的半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。 单四拍双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图所示 图步进电机工作时序波形图 图步进电机驱动器系统电路原理图 将控制脉冲从口的输出，经反相后进入，经 放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管将脉冲信号进行电压和电流放大， 驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转反转加速减速 和停止等动作。图中为步进电机的相绕组。选用频率的晶振，选 用较高晶振的目的是为了在方式下尽量减小对上位机脉冲信号周期的影响。 图中的为绕组内阻，电阻是外接电阻，起限流作用，也是个改善 回路时间常, 前二种是同极性接法，后二种是异极性接法。同极性接法，楼楼主已经介绍过，这里说 下异极性接法。以为例。设前三极管的三极为，后三极管 的三极为。达林顿管的接法应为应接起，应接起。等效三极管 的管脚，即。等效三极管极性，与前三极管相同。即为 型。 的接法与此类同。 单片机对电机转向转速的控制 如果只有个转向的话就比较容易了，如果要有正反两个转向，就需要个桥，并且两 个口输出高低电频控制，现在就来说说个转向的控制方式吧。 比如用口的三个口接按键，口接电频输出，编个定时程序及 按键程序，如果是快全速运行，那就口直接输出高电频中，那就 让口输出高电频，输出低电频，后面就直以 进行次取反慢就用吧，输出高电频，输出低电频， 这样为个周期，后面就直循环吧。如果按键按下，执行方式，全速运行，否则 以默认方式运行按键按下，执行方式，改变占空比，以的速度运行，否则，不 作改变按键按下，执行方式，改变占空比，以的速度运行，否则，不作改变。 当然，占空比及定时时间可以根据个人需要进行改变，这只跟定时程序有关了，定时程序跟 按键程序这边就不说了，别忘了按键去抖，咔咔，不然可能会乱掉。 单片机对步进电机的正反转控制 单拍正转, 单拍反转, 双拍正转, 双拍反转, 单双拍正转, 单双拍反转, 单拍正转单拍反转 置所有行为低电平,行扫描，列线输入此时 ,判断是否有有键按下读取列的真实状态，若第列有键按下则 的值会变成，有往下执行 延时去抖动 ,再次判断列中是否是干扰信号，不是则向下执行 逐行扫描初值即先扫描第行 ,行扫描完成时即行已经全部扫描完成为停 止程序 输出行扫描码 也可这样本行有键按下即真实的状态的 高四位不全为 列 , 返回行和列 有按键返回提前退出循环 所扫描的行没有键按下，则扫描下行，直到行都扫描，此时值为 退出程序 行扫描码左移位 无键按下，返回 利用单片机实现对步进电机的运动控制 引言 数控技术是种采用计算机对机械加工过程中各种控制信息进行数字化运算处理，并通 过高性能的驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的高新技术。现代机械加工业逐步向柔 性化集成化智能化方向发展，因此新代数控技术就必需强调具有开放式智能化网 络化的特征。本文采用新型微处理器高性能集成电路，研究开发智能步进电机控制卡。 系统总体结构设计 通过对步进电机控制器关键技术进行分析研究和比较，并综合国内外运动控制器产品 智能化集成化开放化的发展趋势，我们提出的步进电机运动控制器总体结构如图所示。 图系统总体结构 系统硬件电路设计 脉冲分频电路设计 本系统的主要控制对象为步进电机。步进电机是种将电脉冲转化为角位移的执行机 构，因此产生符合系统要求的步进电机驱动脉冲为整个系统设计中的关键。本系统的脉冲分 频电路由图所示。整个电路采用片来产生三个轴的驱动脉冲信号，鉴于 ，轴的电路与轴相同，因此图中只表示了轴脉冲数输出的电路原理。 是可编程定时计数器，片内包含个通道，每个通道均为功能相同的 位计数器，每个计数器的工作方式和计数长度分别由软件编程选择。是的改进 型，操作方式及引脚与完全相同。计数频率为，的计数频率则更高， 可达到。本系统选择作为脉冲分频电路的主控芯片。 图脉冲分频电路图 通信接口电路设计 在单片机系统的通信中，和标准总线应用最为成熟。为了使运动控制器 的适用范围更加广泛，配合的现有接口，我们选用标准总线来实现控制器和 的通信，其接口电路如图所示。在图中，选用作为系统的通信接口芯片。 是公司生产的低功耗单电源双发送接收发器，适用于各种和 的通信接口。芯片可以把输入的电源变换成输出电平所需的 电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单的电源就可以。 图通信接口电路 外围需要个电解电容，是内部电源转换所需电容，其取值均为 。为的去耦电容。的引脚，为接 电平的引脚。 引脚，为接电平的引脚。因此电平的， 引脚应接的串行发送引脚，应接的串行接收引脚。 与之对应的电平的，应接机的接收端，应接机的 发送端。 转换与转换电路设计目录 基于单片机的步进电机控制系统设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 课题介绍主要内容主要器件主要资料及参考文献预期设计论文成果„„„ 基于单片机的步进电机控制系统设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 课程设计目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 课程设计说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 步进电机的变频调速„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 系统软硬件协同设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 应用实例„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 二单片机的电机驱动接口电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 软件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 三单片机对电机转向转速的控制„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 四单片机对步进电机的正反转控制„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 五利用单片机实现对步进电机的运动控制„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 系统总体结构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 系统硬件电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 六结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 基于单片机的步进电机控制系统设计 摘要本文应用单片机步进电机驱动芯片字符型和键盘阵列，构建了集 步进电机控制器和驱动器为体的步进电机控制系统。二维工作台作为被控对象通过步进电 机驱动滚珠丝杆在轴方向联动。文中讨论了种以最少参数确定条圆弧轨迹的插补 方法和步进电机变频调速的方法。步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法， 可以有效地减少系统开发的周期和成本。最后给出了步进电机控制系统的应用实例。 关键词步进电机控制系统，插补算法，变频调速，软硬件协同仿真 课程设计目的 熟悉和掌握单片机的结构和工作原理。