【33页】毕业论文：基于51单片机实现的步进机控制系统.doc源文档全文在线看

步进电动机可分为大类表步进电机分类类别结构步距力矩动态性能反应式步进电动机采用高导磁材料构成齿状转子和定子小小较差永磁式步进电动机转子采用多磁极圆筒形的永磁铁，其外侧配置齿状定子吸引和排斥力产生转动大大好混合步进电动机这是和的复合产品，其转子采用齿状的稀土永磁材料，定子则为齿状的突起结构小大好步进电动机的特性步进电机转动使用的是脉冲信号，而脉冲是数字信号，这正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比连续输入定频率的脉冲时，电动机的多相同步电动机。

单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率般很小，其用途为微小功率驱动。

多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。

使用多相步进电动机，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。

每输入个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过定的角度称为步距角。

每输入个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过定的角度称为步距角。

进电动机，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。

使用多相步部分内容简介模块数码显示模块电源模块步进电机的加速控制步进电机的减速控制步进电机转速的动态显示第二章控制系统硬件分析与设计步进电机步进电机是种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实际上是种单相或多相同步电动机。

单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率般很小，其用途为微小功率驱动。

多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。

使用多相步进电动机，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。

每输入个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过定的角度称为步距角。

正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比连续输入定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。

步进电动机的原理步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给个脉冲信号，步进电机就转动个角度，因此非常适合于单片机控制。

步进电机可分为反应式步进电机简称永磁式步进电机简称和混合式步进电机简称。

步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。

步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。

其基本原理作用如下控制换相顺序通电换相这过程称为脉冲分配。

例如三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为，通电控制脉冲必须严格按照这顺序分别控制相的通断。

控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

控制步进电机的速度如果给步进电机发个控制脉冲，它就转步，再发个脉冲，它会再转步。

两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。

调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

步进电动机可分为大类表步进电机分类类别结构步距力矩动态性能反应式步进电动机采用高导磁材料构成齿状转子和定子小小较差永磁式步进电动机转子采用多磁极圆筒形的永磁铁，其外侧配置齿状定子吸引和排斥力产生转动大大好混合步进电动机这是和的复合产品，其转子采用齿状的稀土永磁材料，定子则为齿状的突起结构小大好步进电动机的特性步进电机转动使用的是脉冲信号，而脉冲是数字信号，这恰是计算机所擅长处理的数据类型。

从世纪年代开始开发出了专用的驱动电路，今天，在打印机磁盘器等的装置的位置控制中，步进电机都是不可缺少的组成部分之。

总体上说，步进电机有如下优点不需要反馈，控制简单。

与微机的连接速度控制启停和反转及驱动电路的设计比较简单。

没有角累积误差。

停止时也可保持转距。

没有转向器等机械部分，不需要保养，故造价较低。

即使没有传感器，也能精确定位。

根椐给定的脉冲周期，能够以任意速度转动。

但是，这种电机也有自身的缺点难以获得较大的转矩不宜用作高速转动在体积重量方面没有优势，能源利用率低。

超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。

永磁步进电机的控制原理在本设计以常用的永磁式步进电机为例，用单片机控制步进电机。

图是型永磁步进电机的外形图，图是该电机的接线图。

图型永磁步进电机外形图图型永磁步进电机接线图从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的个端点连在起引出，这样共有根引出线。

要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。

将端标识为，只要或，轮流加电就能驱动步进电机运转，加电的方式可以有多种，如果将端接正电源，那么只要用开关元件如三极管，将或轮流接地。

不难设计出控制电路，因其工作电压为，因此用块开路输出达林顿驱动器这里用，关于将在后面介绍作为驱动，通过来控制各线圈的接通与切断。

开机时，均为高电平，依次将或反向切换为低电平即可驱动步进电机运行。

如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间。

改变转速，只要改变或反向轮流变低电平的时间即可达到要求，因为不会影响到其他功能的实现，这个时间可以用延时来实现，。

这里以定时的方式来实现。

下面首先计算下定时时间。

按要求，最低转速为转分，而上述步进电机的步距角为，即每个脉冲为周，即在最低转速时，要求为脉冲分，相当于脉冲。

而在最高转速时，要求为转分，即脉冲分，相当于脉冲。

可以列出下表表步进电机转速与定时器定时常数关系转速单步时间„„„„表中不仅计算出了和，而且还计算出了在这个定时常数下，真实的定时时间，可以根据这个计算值来估算真实速度与理论速度的误差值。

表中和是根据定时时间算出来的定时初值，这里用到的晶振是。

有了上述表格，程序就不难实现了，使用定时计数器为定时器，定时时间到后切换输出脚即可。

步进电机控制系统的组成步进电机控制系统共分为六个模块单片机最小系统模块键盘控制模块数码显示模块测速模块步进电机驱动模块和电源模块。

单片机最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。

复位电路为单片机系统提供可靠复位，使单片机能正常启动。

时钟电两个周期耗时延时子程序秒延时子程序，实际耗时大于存首位位选子中断结束存动态显示缓冲区首地址寄存器间接地址寻址←显示子程序键值表六位显示完五位显示完了吗字型表工作寄存区的切换，实现现场的保护首列号送键入口首列扫描字送键入口结论基本实现如下功能键盘，控制步进电动机的拍数双四拍四相八拍的选择，是电机正反转，转速级速选择级，电机步数的精确定位。

并通过显示器对以上参数进行显示。

其中位中，第位显示拍数参数为双四拍，以外数字为四相八拍第二位显示速度级数第三位显示正反转参数表示电机正转，以外数字表示电机正转第四五六位显示步进电动机剩余步数当三位减为时电机停止转动。

单片机的外部中断及外部中断，分别实现电机的暂停及停止后进行正反转往复运动。

系统设计中，考虑到工业运用中的特殊环境，此两个中断为随机中断，实现特殊环境的急停及数控机床的自动进给运动。

考虑到电机运行中出现的丢步失步，系统中进行了电动机过电流的保护及报警电路。

参考文献陈隆昌，阎治安，刘新正控制电机第三版西安西安电子科技大学出版社李铁力，杜坤梅电机控制技术哈尔滨哈尔滨工业大学出版社刘宝廷，程树康等步进电动机及其驱动控制系统哈尔滨哈尔滨工业大学出版社孙鹤旭交流步进传动系统北京机械工业出版社何希才，姜余祥电动机控制电路应用实例北京中国电力出版社曾江单片微机原理与接口技术北京科学出版社张国勋，孙海单片机原理与应用北京中国电力出版社李峻，李学全，胡德金著步进电机的运动控制系统及其应用微特电机，第卷，第期张大朋单片微机控制应用技术北京机械工业出版社李雅轩模拟电子技术西安西安电子科技大学出版社，陈正义单片机控制实习北京人民邮电大学出版社陈建铎单片机原理与应用北京科学出版社吴国经单片机应用技术北京中国电力出版社陈林，洪云，彭小