【毕业论文】基于单片机步进电机控制系统设计毕业设计word文档（43页）

度转子齿数运行拍数，以常规二四相，转子齿为齿电机为例。

四拍运行时步距角为度度俗称整步，八拍运行时步距角为度度俗称半步。

定位转矩电机在不通电状态下，电机转子自身锁定力矩由磁场齿形谐波以及机械误差造成静转矩电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴锁定力行，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应用。

随着微电子和计算机技术发展，步进电动机需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要意义。

本次毕业设计选用步进电机是四相步进电机，通过软件和硬件结合实现步进电机启停正转反转加速减速功能，并且步进电机所处状态用相应发光二极管显示。

主要通过三大块来设计，包括驱动电路设计状态显示部分和按键部分是设计。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而精确地控制转动角度同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动角度和加速度，从而达到调速目。

本次论文分为六章，序言简要介绍了此次设计中有关步进电机及其驱动器相关概念。

第章是绪论，主要探讨了步进电机研究背景和本论文主要研究内容第章步进电机与单片机原理第章系统整体硬件结构第章系统软件设计第章系统调试与检测最后是参考文献附录和致谢。

通过七章内容描述，详细介绍了本次毕业设计内容方法以及设计中遇到问题和解决问题途径。

第章绪论课题研究目和意义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角位移或线位移微电动机，它最突出优点是可以在宽广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应用。

随着微电子和计算机技术发展，步进电动机需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要意义。

国内外研究概况步进电机是国外发明。

中国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏浙江北京南京四川都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化，当时是全分立元器件构成逻辑运算电路，还有电容耦合输入计数器，触发器，环形分配器。

国外在大功率工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。

些少数高级应用，就用空心转杯电机，交流电机。

国外在小功率场合，还使用步进电机，例如些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。

国外用许多现代手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。

国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备主要差距，是国外对交流电动机控制理论与工程分析和应用能力强，先进控制理论作为软件，写在控制器内部。

总来说，步进电机是种简易开环控制，对运用者要求低，不适合在大功率场合使用。

在卫星雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形力矩电机，在高品质控制场合，有时还不能使用步进电机。

步进电机细分控制，在改革开放初期，国内就已经基本掌握，这与交流电动机矢量控制相比，难度要低得多。

论文主要研究内容本论文所选步进电机是四相步进电机，采用方法是利用单片机控制步进电机驱动。

步进电机是种将电脉冲转化为角位移执行机构。

当步进驱动器接收到个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定方向转动个固定角度称为步距角，它旋转是以固定角度步步运行。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位目同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动速度和加速度，从而达到调速目。

本次毕业设计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机速度，并且通过数码管显示其转速级别。

另外通过单片机实现它正反转，步进电机可以作为种控制用特种电机，利用其没有积累误差精度为特点，广泛应用于各种开环控制。

第章步进电机与单片机简介步进电机介绍步进电机概述步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移开环控制元件。

在非超载情况下，电机转速停止位置只取决于脉冲信号频率和脉冲数，而不受负载变化影响，即给电机加个脉冲信号，电机则转过个步距角。

这线性关系存在，加上步进电机只有周期性误差而无累积误差等特点。

使得在速度位置等控制领域用步进电机来控制变非常简单。

正常情况下，步进电机转过总角度和输入脉冲数成正比连续输入定频率脉冲时，电动机转速与输入脉冲频率保持严格对应关系，不受电压波动和负载变化影响。

由于步进电动机能直接接收数字量输入，所以特别适合于微机控制。

本次毕业设计采用是步距角为度四相八拍永磁式步进电机。

步进电机基本参数步进电机静态指标术语相数产生不同对磁场激磁线圈对数。

常用表示。

拍数完成个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用表示，或指电机转过个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即，四相八拍运行方式即步距角对应个脉冲信号，电机转子转过角位移用表示。

度转子齿数运行拍数，以常规二四相，转子齿为齿电机为例。

四拍运行时步距角为度度俗称整步，八拍运行时步距角为度度俗称半步。

定位转矩电机在不通电状态下，电机转子自身锁定力矩由磁场齿形谐波以及机械误差造成静转矩电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴锁定力，步进电机是种将电脉冲转化为角位移执行机构。

通俗点讲当步进驱动器接收到个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定方向转动个固定角度及步进角。

您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位目同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动速度和加速度，从而达到调速目。

步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备步进电机驱动器步进电机驱动系统性能，除与电机本身性能有关外，也在很大程度上取决于驱动器优劣。

典型步进电机驱动系统是由步进电机控制器步进电机驱动器和步进电机本体三部分组成。

步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号，每发个脉冲，步进电机驱动器驱动步进电机转子旋转个步距角，即步进步。

步进电机转速高低升速或降速启动或停止都完全取决于脉冲有无或频率高低。

控制器方向信号决定步进电机顺时针或逆时针旋转。

通常，步进电机驱动器由逻辑控制电路功率驱动电路保护电路和电源组成。

步进电机驱动器旦接收到来自控制器方向信号和步进脉冲，控制电路就按预先设定电机通电方式产生步进电机各相励磁绕组导通或截止信号。

控制电路输出信号功率很低，不能提供步进电机所需输出功率，必须进行功率放大，这就是步进电机驱动器功率驱动部分。

功率驱动电路向步进电机控制绕组输入电流，使其励磁形成空间旋转磁场，驱动转子运动。

保护电路在出现短路过载过热等故障时迅速停止驱动器和电机运行。

通常电机转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生矢量磁场。

该磁场会带动转子旋转角度，使得转子对磁场方向与定子磁场方向致。

当定子矢量磁场旋转个角度。

转子也随着该磁场转个角度。

每输入个电脉冲，电动机转动个角度前进步。

它输出角位移与输入脉冲数成正比转速与脉冲频率成正比。

改变绕组通电顺序，电机就会反转。

所以可用控制脉冲数量频率及电动机各相绕组通电顺序来控制步进电机转动。

步进电机种类永磁式磁式步进般为两相，转矩和体积较小，步进角般为度或度多用于空调风摆上。

反应式，国内般叫，常见有三相反应式，步距角为度也有五相反应式。

噪音大，无定为转距已大量淘汰。

混合式，常见有两相混合式，五相混合式，三相混合式，四相混合式，两相跟四相可以通用驱动器，五相跟三相必须使用各自驱动器两相四相混合式步距角多是度，具有小体积，大力距，低噪音五相混合式步进电机般为度，电机步距角小，分辨率高，但是驱动电路复杂，接线麻烦，如相十线制。

三相混合式步进电机步距角为度，但是使用中要按度计算，三相混合式步进电机拥有比两相混合式，五相混合式更多磁极，有利于电机夹角对称，因此可以比两相，五相精度更高，误差更小，运行更平稳。

步进电机保持转距指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子力矩。

它是步进电机最重要参数之，通常步进电机在低速时力矩接近保持转矩。

由于步进电机输出力矩随速度增大而不断衰减，输出功率也随速度增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要参数之。

比如，当人们说步进电机，在没有特殊说明情况下是指保持转矩为步进电机。

步进电机精度步进电机精度为步进角，且不累积。

空载启动频率即步进电机在空载情况下能够正常启动脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。

在有负载情况下，启动频率应更低。

如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按定加速度升到所希望高频电机转速从低速升到高速。

步距角就是发送个脉冲，电机对应转动角度。

定位转距定位转矩是指步进电机不通电情况下，定子锁住转子力矩。

运行频率步进电机能不失步运行最高频率。

细分驱动器步进电机细分驱动器主要目是减弱或消除步进电机低频振动，提高电机运转精度。

减少噪音。

如对于步距角为整步两相混合式步进电机，如果细分驱动器细分数为，那么电机运转分辨率为每个脉冲，电机精度能否达到或接近，还取决于细分驱动器细分电流控制精度等其他因素，细分数越大精度越难控制。

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应用。

随着微电子和计算机技术发展，步进电动机需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要意义。

本次毕业设计选用步进电机是四相步进电机，通过软件和硬件结合实现步进电机启停正转反转加速减速功能，并且步进电机所处状态用相应发光二极管显示。

主要通过三大块来设计，包括驱动电路设计状态显示部分和