步进电机控制器设计与实现

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1、邵阳学院毕业设计（论文）目录前言11步进电机控制器方案设计与论证21.1步进电机简介21.2步进电机控制要求51.3步进电机控制器方案设计与论证62步进电机控制器电路设计92.1步进电机控制器工作原理92.2步进电机控制器单元电路设计103程序设计183.1程序流程设计183.2程序设计234产品制作与调试284.1PCB板设计284.2PCB板制作314.3产品调试37总结42参考资料43致谢44附录1：电路原理图45附录2：PCB板图4646邵阳学院毕业设计（论文）前言步进电机是一种将电能转化为角位移的装置。当它接收到一个脉冲信号，步进电机按

2、设定的方向转动一个固定的角度。步进电机广泛应用于工农业生产、人们生产生活中，如：数控机床的横纵向走刀、线切割的工作台拖动、空调的电子膨胀阀、办公用品的打印、微机的光盘驱动等。步进电机分为反应式、永磁式、混合式三类。其中混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，它的动态性能好，控制精度高，是目前应用最广泛的一种。步进电机最早是在1920年由英国人开发。至此步进电机的控制技术在国外经历了80多年的发展，产品制造技术和控制技术都有很大的发展。随着信息技术、和数字控制技术的发展，在发达国家如日本、韩国、美国等对步进电机的控制已实现数字控制。而在我国，步进

3、电机研制始于1958年，且无专门的研制机构，步进电机基本上处于仿造阶段。直到60年代末，为满足数字控制线切割机床发展的需要，才使步进电机的研究工作才有突破性发展。目前我国对步进电机的控制技术的研究还处于较低水平。步进电机发展的趋势是数字化控制。因此研究步进电机的数字控制对我国步进电机发展，具有重大意义。传统的步进电机控制器采用数字电路芯片实现。基于该技术的控制器虽能满足一定的生产要求，但其功能单一，不易修改，灵活性差，对于高精度、高分辨率的场合显得心有余而力不足。目前步进电机控制，采用单片机控制技术。基于单片机的步进电机控制器是以AT89C205

4、1单片机为控制核心，系统在程序控制下，实现步进电机所需的脉冲，实现步进电机的方向和角度的控制。该控制器适用于运算速度快、控制精度高、高稳定性和高分辨率的场合，具有通用性强、可靠性高、维修方便和能耗低等特点。本文将详细描述步进电机控制器的硬件电路和软件的设计。同时在此基础上，对该产品进行硬件和软件调试。46邵阳学院毕业设计（论文）1步进电机控制器方案设计与论证步进电机是纯粹的数字控制电动机。它将电脉冲信号转变为角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度。近年来，随着数字技术、计算机技术的发展，步进电机在制造水平和控制水平方面都有长足的发展，步

5、进电机已广泛应用于人民生活和工农业生产中。1.1步进电机简介1.1.1步进电机工作原理与特点⑴步进电机的分类①反应式步进电机（variablereluctance,简称VR）反应式步进电动机亦称磁阻式步进电动机。其电转子磁路均由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁道的变化产生转矩。这种电动机的相数一般为三、四、五、六相，转子中没有绕组。它的结构简单，成本低，步距角可以做得很小，但动态性能较差。②永磁式步进电机(permanentmagnet,简称PM)永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成的，转子本身就是一个磁源，定子是由永久磁钢制成。绕组轮

6、流通电，建立的磁场与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩，它的输出转距大，动态性能好。转子的极数与定子的极数相同，所以步距角一般比较大。需供给正负脉冲信号。③混合式步进电机(hybrid,简称HB)这种电机我国也称为永磁感应子式步进电动机，最早见于美国专利，称为SLO-SY电机，由于转子上有磁钢，所以也可以说是一种永磁式步进电动机。但从定子或转子的导磁体来看，又和反应式步进电动机相似，是反应式及永磁式步进电动机的结合，因此叫做混合式步进电动机。他不仅具有反应式步进电动机步距角小、相应频率高的优点，而且还具有永磁步进电动机励磁功率小、效率高的优点，是

7、一种很有发展前途的步进电动机。混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点，它的输出转距大，动态性能好，步距角小，但结构复杂，成本较高。由于反应式步进电机的性能价格比比较高，因此这种步进电机应用的非常广泛，尤其在单片机系统中大量使用。本章以这种步进电机为例，介绍步进电机的原理和控制方法。46邵阳学院毕业设计（论文）⑵步进电机的结构步进电机由定子和转子两部分组成。下面以两相反应式步进电机为例，定子上有四个磁极，每两个相对的磁极组成一对，共有两对。每对磁极都缠有同一个绕组，形成一相。转子是由软磁材料制成的，其外表面均匀分布着小齿，它们大小相同，间距相

8、同。这些小齿与定子磁极上的小齿的齿距相同，形状相似，图1.1步进电机结构图如图1.1。⑶步进电机的工作原理反应式步进电机运动的动力来自于