【SZ85页】毕业论文：基于ARM的步进电动机控制系统的设计.doc文档独家

体管的发展般不再采用。

目前，功率开关管多采用功率场控晶体管。

功率集成电路将功率器件前级驱动电路控制电路及保护电路等都集成在起，具有较强的功能和较大的输出功率，用这种器件做成步进电动机驱动器，具有结构简单性能稳定及运行可靠等优点。

目前已应用于中小功率步进电动机的驱动。

驱动器控制电路发展的个重要方面是集成电路专用芯片的采用，如变换器经过五十几年的发展，国外步进电动机研究较早，对步进电机驱动技术的研究直很活跃，如今正在研究开发以步进电动机为执行机构的高性能伺服系统。

目前，这类电动机最大的生产国还是日本。

日本有很多公司生产，像，等。

它们的产品无论是外观质量，内部性能指标，还是生产手段，都是上乘的。

在我国，步进电动机性能指标，还是生产手段，都是上乘的。

在我国，步进电动机的研制始于年。

有很多公司生产，像，等。

目前，这类电动机最大的生产国还是日本。

日本部分内容简介代它的产品。

缺点是带惯性负载能力差，低频振荡现象严重，高频运行时输出转矩下降。

国外步进电动机研究较早，对步进电机驱动技术的研究直很活跃，如今正在研究开发以步进电动机为执行机构的高性能伺服系统。

目前，这类电动机最大的生产国还是日本。

日本有很多公司生产，像，等。

它们的产品无论是外观质量，内部性能指标，还是生产手段，都是上乘的。

在我国，步进电动机的研制始于年。

经过五十几年的发展，目前发展趋于平缓，与国外相比，反应式步进电动机还占大量比例，只是随着近年来大批进口设备大量涌入我国，而这些设备大多数采用了混合式步进电动机，混合式步进电动机才为人们所熟悉。

在国外，特别是工业发达国家，步进电动机及其驱动单元早已规模化生产，我国与之相比还有定的差距。

虽然在该类电机的研制和生产上形成定规模，但生产规模较小，未形成商品化和系列化，仅处于按用户要求研制定制阶段，与国外产品相比尚无竞争能力。

从步进电动机驱动单元发展历史来看，电机相数不同，如相相相相相等。

齿数也不同，使得产品规格品种繁多，生产格局复杂，对用户选择不利。

然而由于步进电动机和其它电机有着很大差别，具有其它电机所没有的特性。

因此，它仍然能根据市场的需求，沿着小型化高效低价的方向发展。

步进电动机的使用性能与它的驱动电路有密切的关系，随着电力电子技术及微电子技术及其器件的发展，驱动器的面貌不断改变。

最初使用的末级功放元件是可控硅。

可控硅虽然出发简单，但关断困难，总的来看线路复杂易形成误触发可靠性差不便于调试和维护抗干扰能力不好，近些年来随着大功率晶体管的发展般不再采用。

目前，功率开关管多采用功率场控晶体管。

功率集成电路将功率器件前级驱动电路控制电路及保护电路等都集成在起，具有较强的功能和较大的输出功率，用这种器件做成步进电动机驱动器，具有结构简单性能稳定及运行可靠等优点。

目前已应用于中小功率步进电动机的驱动。

驱动器控制电路发展的个重要方面是集成电路专用芯片的采用，如变换器，变换器微步控制与功率器件集成在起的芯片等，更使步进电动机驱动器的研制上了个新台阶，使其性能指标有了显著的提高。

使步进电动机的控制系统达到了个新的水平。

其它些控制技术，如矢量控制，模糊控制，神经网络控制等也获得了飞速的发展和应用。

步进电动机今后的发展，依赖于新材料的应用，设计手段的完善，以及与驱动技术的最佳配合。

首先，精确的分析和设计，模型的建立和完善，是项重要的基础研究，至今还有很多工作要做，它可以为各类问题的深入分析提供基础，为优化设计指出方向。

其次，电力电子技术微电子技术的发展，高性能永磁材料的应用及优化设计技术起到明显的作用自不待说，驱动技术改进的作用也不容忽视，特别是微步驱动技术的应用和成熟，使步进电动机的分辨率和特性与相数的关系不大，对步进电动机的设计，今后的发展会产生很大的影响，也提出了系列新的课题和研究方向。

课题研究的意义随着步进电动机系统在各种数字控制系统中的广泛应用，各种数字控制系统随步进电机性能和使用条件的要求也越来越高。

这就要求不断研制出高性能高可靠性高集成化低价位的驱动器满足要求。

众所周知，国内这方面的研究直很活跃，但是可供选用的高性能的步进电动机驱动器却很少，而且国内的驱动器方面基本都存在着体积大外形尺寸不规则性能指标不稳定及远没有达到系列化等问题，这就给驱动器的选用和安装带来了极大的不便，国外虽然有通用的各种类型的步进电动机驱动器，但大都存在价格昂贵，与我国的系统连接不匹配等问题。

步进电动机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，步进电动机系统的性能，除与电动机自身的性能有关外，也在很大程度上取决于驱动器的性能。

步进电动机在运行时，般有以下问题各相绕组都是开关工作，多数电动机绕组都是连续的交流或直流，而步进电动机各项绕组都是脉冲式供电所以绕组电流不是连续的。

电动机各相绕组都是绕在铁心上的线圈，所以都有较大的电感。

绕组通电时，电流不能迅速上升至额定值，电流上升率受到限制，绕组断电时，应该电流截止的相不能立即截止。

绕组导通和截止都会产生较大的反电势，而截止时反电势将对驱动器器件的安全产生有害的影响。

电动机运转时在各相绕组中产生旋转电势，这些电势的大小和方向将对绕组电流产生很大的影响。

由于旋转电势基本上与电动机转速成正比，转速越高，电势越大，绕组电流越小，从而使电机输出转矩也随着转速升高而下降。

步进电机的固有分辨率不高，不能精密位移。

以使用最广的极齿两相混合式步进电动机为例，其步距角为，需配合机械减速机构以达到所需要的脉冲当量精度，但是，机械系统的增加也同样带来了个误差源。

步进电动机在低频运行时的振荡及过冲问题，严重限制了步进电动机的应用范围。

对这个问题的解决办法，除了改善负载特性及附加机械阻尼外，还可以在驱动电源方面加以改善，如引入电磁阻尼采用细分驱动等办法来解决。

近代驱动技术的发展，使得电动机每转步数的设计可以不受相数的限制，本课题以四相混合式步进电动机为代表作为研究对象，以先进的驱动技术为研究目的，开发高性能，高可靠性的驱动器，与四相混合式步进电动机合理搭配使用。

其技术指标如下额定电压额定电流工作方式连续转矩输出在定频率范围内恒定细分档位，模块为控制输出，在程序执行中主要通过中断程序来完成对步进电动机的控制。

键盘驱动电路图软件总体设计图首先需要对整个系统进行初始化，包括口的初始化和中断服务程序的初始化以及各个功能模块的初始化。

因为本文的程序设计不需要循环运行，所有本文的程序设计中主函数里面的循环函数为空，只起到无条件等待的作用。

因为本系统在设计过程中选用的驱动方式是集成电路芯片驱动方式，所以在软件设计方面相对来说比较简单，只需要设置好中断优先级别以及中断服务函数，根据该芯片的各个引脚的功能来设定口状态，所有功能都只需在中断程序中便可以完成。

当中断响应信号到来时，软件去执行相应的中断服务程序。

首先需要对系统的运行频率细分数正反转赋个初始值，即频率为，细分数为，正反转为，然后通过键盘中断程序来调整这项的参数，按确定键使能步进电动机运行，同时将步进电动机的运行状态在液晶上显示出来。

图是本系统的主程序流程图。

开始系统初始化程序循环等待中断是否有中断执行中断中断返回图主程序流程图在编制中断程序服务函数时，首先应该对各个中断源进行初始化，然后设置各个中断源的中断优先级别。

本系统的中断源共有三个，其中中断两个，键盘和键盘定时器中断个，为位定时器中断。

的优先级别要高于的优先级别，以使可以随时打断的中断程序，不能打断的中断程序。

的中断优先级最低，只有当中断程序执行结束后并对定时器中断使能之后，定时器中断程序才开始执行。

中断优先级的函数编写为设置中断优先级为设置中断优先级为设置定时器的中断优先级为中断优先级的设置数值越小，其中断优先级别越高。

具体的中断函数包括频率调整，其调整方式为步，即每按动次键盘触发次中断，频率增加细分数的调整，细分数共有共个档次，系统默认初始设置为细分，每触发次键盘中断细分数由五种状态循环改变正反转的设置，此设置只有两种状态即正转和反转，每触发次中断会使控制的管脚的电平反转次。

具体的中断函数流程如图所示。

中断频率调整中断细分数调整中断方向设置中断启动停止中断返回开始中断函数流程图模块化设计初始化模块模块设置输出电压为，系统时钟设置采用主振荡器，全局时钟变量为，相关的口定义输入输出类型，以及对键盘电路口的中断初始化和中断优先级初始化，中断类型为低电平触发方式，使能处理器中断，同时对定时器进行初始化，配置定时器为位周期定时器，配置定时器中断。

在所有初始化设置完成后，程序便开始等待中断的触发，然后执行中断服务程序。

具体程序运行情况如下系统时钟及电压口初始化键盘中断初始化中断初始化，中断初始化，定时器中断初始化，键盘中断模块这个模块主要的功能是中断响应，然后执行中断服务函数。

具体中断程序流程如图所示。

键盘中断服务程序见附录。

因为键盘在闭合和断开时，触点会存在抖动现象，对按键的识别会产生影响。

为了消除这种影响，本系统在软件设计的过程中，对键盘按动时产生的抖动采用了软件消抖的方法，主要是通过软件延时来消除按键抖动对键盘识别的影响。

经实验验证，使用软件延时消抖能够有效的避免键盘抖动的影响，但在程序运行的过程中，由于程序的些缺陷，偶尔也会出现按键识别不稳定的现象。

具体消抖示例为延时延时防抖再次延时定时器中断模块这个模块的主要功能是产生占空比为的不同频率的方波信号。

当键盘中断程序开始使能定时器中断之后，位定时器开始工作，定时器中断服务程序如下