称为通电周，转轴将转过度，若循环进行这种通电周的操作，电机便连续的转动起来，而进行相反的通电顺序如将使电机同速反转。

通电周的周期越短，即驱动频率越高，则电机转速越快，但步进电机的转速也不可能太快，因为它每走步需要定的时间，若信号频率过高，可能导致电机失步，甚至只在原步颤动。

步进电机的步距角与工作拍数如果它的转子的齿数为，它的齿距角为，而步进电机运行拍可使转子转动个齿距位置。

实际上步进电机每拍就执行次步进，所以步进电机的步距角可以表示如下公式或公式其中是步进电机工作拍数，是转子的齿数。

例如对于三相反应式步进电机而言，工作方式有三拍和六拍之分。

三拍就是在转动个齿距时换相三次六拍则是换相六次。

而在三拍方式中还有单三拍和双三拍之分。

从公式可知为了使步进电机工作的步距角减小，也即使控制精度增高，步进电机在相数定的情况下应增加工作拍数。

步进电机的频率特性对于反应式步进电机，在其绕组中通电的相序不同时，步进电机的旋转方向和步进精度有所不同。

步进电机对绕组的通电频率有定的要求。

如果通电频率过高，超过步进电机的最大步进速度，就会产生失步。

般步进电机的通电频率，即起动频率为⋯步秒到步秒。

步进电机的频率特性曲线，是步进电机的工作频率及其对应转动力矩所作出的曲线，典型的步进电机频率特性曲线如图所示。

步进电机的频率特性曲线和很多因素有关，这些因素包括步进电机的转子直径转子铁心有效长控制线路的电压齿数齿形齿槽比步进电机内部的磁路绕组的绕线方式定转子间的气隙转动个齿距所需的拍数等。

在使第页用中会影响到步进电机频率特性而又能由用户确定的因素有控制拍数控制线路的电压线路时间常数等。

下面分析这几种因素对步进电机频率特性的影响。

工作方式对频率特性的影响在步进电机应用中，它的工作方式是以个齿距所用的拍数来表示的。

拍数本质上也就是转动个齿距所需的电源电压换相次数，值得指出的是换相是指对步进电机各相绕组进行转换，而电源电压是单极性的固定的。

般而言反应式电机拍数越多矩频特性就越好。

因此设计中应选择多拍的控制方式。

线路时间常数对频率特性的影响步进电机的每相绕组供电都是通过功率开关电路进行的。

步进电机相绕组的开关电路如图所示。

其中为步进电机绕组电感为绕组电阻为晶体管的集电极电阻是续流二极管，它为绕组放电提供回路晶体管是大功率开关管。

也是个外接的功率电阻，它是个消耗性负载，般为数欧姆。

这时线路的时间常数为公式其中单位为亨，单位为欧姆，单位为秒。

图步进电机线绕组的开关回路开关回路时间常数对注入电机绕组的电流达到稳定值的时间有极大关系，它影响到步进电机的工作频率。

并且有越小，电流达稳定时间小，相应电机工作频率高反之，越大，电流达稳定时间长，电机工作频率低。

从式可知要减少，可以采用增大的办法。

但是，增大时，又会使稳态电流值减小，从而影响电机的力矩。

为了减少，而不使稳态电流减小，可采用在增大的同时，第页也提高供电电压的办法。

在高频应用中，要尽量减小以改善步进的特性，所以常在开关回路中采用较大的，同时也提高回路的电源电压。

但这样也会使效率降低，在低频段工作时也会使步进电机的振荡加剧。

在实际中，可根据客观情况来考察选择恰当的外部电阻，使步进电机处于合适的工作频率状态。

开关回路电压对频率的影响开关回路加到绕组的是矩形脉冲电压，故电流也是脉冲。

在步进电机中要设法增大起动电流，以提高步进电机转动力矩，即提高其工作频率。

由于步进电机是感性负载，所以进入绕组的电流脉冲是以指数形式上升，即这时电流脉冲为公式其中是电流脉冲瞬时值是在开关回路电压为时的电流稳态值是开关回路的时间常数，综上所述，本设计选用三相步进反应式电机，采用运行中根据工作频率对电源电压升压补偿的控制方法。

交流电机正反转控制原理本设计对交流电机的正反转控制的电气原理图如下所示第页常闭开关常闭开关三相电机图交流电机正反转控制的电气原理图如图所示假如接触器闭合时电动机正转，则当断开，闭合时，电动机就会反转。

从图可看出要改变三相交流电机的旋转方向，只要交换其中两相即可。

图中各元器件的作用如表所示表元器件作用列表交流电机的星三角启动对于正常运行时定子绕组接成三角形的异步电动机，启动时，为了保护电机，般采用第页降压方法来限制启动电流。

降压启动的原理如图所示在启动过程中将电动机定子绕组成星形，即闭合。

此时电机每相承受的电压为额定的启动电流为三角形接法时启动电流的。

闭合时定时器开始定时，定时时间到，断开，闭合。

电动机绕组为三角形接法，进入正常运行阶段。

电气元件介绍继电器继电器是根据输入信号来接通或断开的小型控制电路，是实现远距离控制和保护的自动控制电器。

接触器接触器是用来接通或分断电动机主电路的控制电器。

可以实现远距离控制。

熔断器熔断器基于电流热效应原理和发热元件热熔断原理设计，具有定的瞬动特性，用于电路的短路保护和严重过载保护。

行程开关行程开关是种利用生产机械些运动部件的碰撞来发出控制命令的主令电器。

用于控制生产机械的运动方向速度行程大小的种器件。

致谢在此感谢我的指导老师周鲁光老师，同时要感谢我班的几位同学，正是有了你们的指导和帮助，我的设计才能顺利完成。

第页参考文献王贵华运动控制系统清华大学出版社章红剑自动检测技术与装置化学工业出版社熊永盘电子线路实用教程西安电子科技大学出版社王为东单片机原理与应用技术西安电子科大出版社张钢单片机应用设计哈尔滨工业大学大学出版社张万忠电器与控制技术化学工业出版社邓兴中机电传动控制华中理工大学出版社第页附录Ⅰ单片机控制系统电路原理图设计第页附录Ⅱ电气控制原理图三相开关三相开关三相开关三相电机三相电机高等教育毕业作业学院函授站年级专业层次专科学号姓名李晓光指导教师起止时间年月日目录前言总体方案设计总体分析方案框图单元模块设计键盘与显示模块题目步进电机驱动运动工作台控制系统设计第页模块工作原理芯片介绍特点显示驱动原理单片机控制单元模块电路控制原理光电耦合电路芯片参数串行通信模块通信协议串行通信电路电机与电气控制电路设计步进电机模块步进电机的工作原理步进电机的步距角与工作拍数步进电机的频率特性交流电机正反转控制原理交流电机的星三角形启动电气元件介绍致谢参考文献附录Ⅰ单片机控制系统电路原理图设计附录Ⅱ电气控制原理图附录Ⅲ电气控制原理图机电体化综合课程设计摘要本设计是完成步进电机驱动运动工作台控制系统的设计，其硬件部分共包括键盘操作单片机控制输入电路控制电路显示电路等组成部分。

设计的思路是精确稳定地对电机及工作台进行控制。

位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经过处第页理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序，向控制回路发送控制信号，进而控制工作台的动作，实现对硬件设备的控制。

关键词键盘操作，数码管显示，单片机控制。

前言机电体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的门新兴的边缘学科。

机电体化使机械工业的技术结构产品结构功能与构成生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电体化”为特征的发展阶段。

本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的种自动化机械加工设备。

采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中小批零件的加工生产率，保证加工质量。

此外，由于微型计算机具有价格低体积小性能可靠和使用灵活等特点，微机数控机床的次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于般工人掌握操作和维修。

因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之。

本设计中用到的步进电机是种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。

其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。

它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换速度控制和位置控制系统。

本设计完成了如下要求单片机控制系统电路原理图的设计控制系统电路印制版的绘制利用单片机编程实现两坐标系统的手动自动和回位等运动实现两坐标工作台极限移动的保护及显示报警设计交流电机的点动正反转控制和星三角形启动的电气控制原理图电气控制电路有相应的保护电路过载过压欠压等熟悉机电系统常用元器件交流电机直流电机步进电机此次“机电体化课程设计”设计出数控机床系统，离真正数控机床有很大差距。

经过讨论，拟设计两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统和交流电机启停的电器控制系统，单元模块包括单片机控制电路，键盘接口电路，键盘电路，显示电路，输入电路，控制电路，接口电路等。

设计有不足，请指正。

第页总体方案设计总体分析本次设计实现的是两座标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计。

设计采用单片机对系统进行控制，单片机的包括键盘与显示的控制与机的串口通讯以及电机输入输入输出信号的控制。

电机的输入信号包含报警监测，在机床边缘运用个接近开关即可实现此目的。

方案框图单片机作为控制的核心，方面对机床的运动方向和位移量进行控制，另外还将与键盘对应的位移信息显示在上，并实现与机的通信以及对报警的处理。

三相交流单片机键盘显示串行通信光电隔离光电隔离功率接口功率接口步进电机步进电机行程开关工作台至上位即继电器控制图总体方案设计图第页单元模块设计键盘与显示模块模块工作原理本单元模块电路的功能是通过对单片机编程，使当前按键信息在个上显示出来，由芯片来对数码管进行驱动，并对键盘进行扫描。

图为八位电路。

同时刻，如各位选线处于选通，位将显示相同字符。

若要各位能同时显示与本位相应的字符，必须动态显示，即时刻，位的位选线处于选通，其他位选线处于关闭，接口同芯片，可选高速的线串行接口或者经济的线串行接口。

线串行接口支持多个芯片级联，时钟速度从到，兼容芯片。

线串行接口时钟速度从到，兼容两线总线，节约引脚。

内置上电复位，可以为单片机提供高电平