步进电机驱动控制器的设计及应用

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1、步进电机驱动控制技术及其应用设计研究摘要关键字:步进电机、细分驱动、芯片显微自动拍照目录第一章绪论31.1步进电机概述31.2步进电机工作原理51.2.1磁阻式步进电机51.2.2永磁式步进电机61.2.3混合式步进电机71.3国内外发展概况与趋势91.4关键技术问题101.4.1正弦细分驱动技术111.4.2脉冲宽度调制技术121.4.3升降频控制技术121.5本论文的工作内容13第二章两相永磁式步进电机测试仪器的设计及实现142.1整体介绍142.1.1驱动方式152.1.2励磁方式152.1.3测

2、试流程162.2硬件设计172.2.1电源模块172.2.2单片机模块182.2.3步进电机驱动模块192.2.4按键及液晶显示模块212.3软件设计223.2.1菜单界面233.2.2测试流程的实现242.4设计结果及实验测试252.5本章小结27第三章五相混合式步进电机驱动器的开发设计283.1整体介绍283.1.1驱动器输入信号293.1.2四五相励磁方式303.1.3斩波恒总流功率放大313.2硬件设计343.2.1SI7502驱动电路343.2.2光耦隔离电路353.2.3Atmega8L外围

3、电路363.2.4电源管理电路373.3软件设计383.3.1Atmega8L软件开发环境383.3.2程序设计393.5实验测试403.4本章小结41第四章两相混合式步进电机三维细分驱动控制器的设计及实现424.1整体介绍424.1.1系统框图434.1.2正弦细分驱动434.1.3功能介绍454.2硬件设计464.2.1PIC16F877外围电路474.2.2恒流斩波驱动电路484.2.3DA转换电路514.2.4按键检测电路524.3软件设计534.3.1PIC16F877开发环境544.3.2正

4、弦细分控制554.3.3升降速控制574.4通讯协议设计594.4.1帧格式594.4.2通讯行为604.4.3功能定义614.5实验测试634.6本章小结66第五章RS232-CAN和RS232-USB协议转换模块的开发设计675.1CAN及USB介绍675.1.1CAN总线675.1.2USB总线685.2方案设计695.2.1基于USB、CAN和RS232的通信方案695.2.2USB-RS232协议转换模块715.2.3CAN-RS232协议转换模块725.3硬件设计735.3.1CAN-RS2

5、32电路设计735.3.2USB-RS232电路设计755.4软件设计755.3.1STC89C54RD+开发环境介绍765.3.2CAN-RS232程序设计765.5本章小结78第六章芯片显微自动拍照系统的实现796.1应用背景796.2系统总体设计796.2.1系统构成796.2.2工作流程806.3运动控制模块816.4图像获取模块836.5本章小结83第七章工作总结与展望83参考文献84致谢85附录85第一章绪论步进电机是一种将脉冲信号转化为机械角位移或者线位移的控制电机,它能够在不涉及复杂反馈

6、环路的情况下实现良好的定位精度，并由于具有价格低廉、易于控制、无积累误差等优点,在民用、工业用的经济型数控定位系统中获得了广泛的应用,具有较高的实用价值。为了强调本论文的实用性及可行性，本章综述了步进电机的各种特性；说明了步进电机的构造、工作原理及驱动；回顾了步进电机在国内外发展及应用的概况；分析了本论文所要重点研究的SPWM(正弦脉冲宽度调制)细分驱动、及升降频运动控制等关键技术；最后，介绍了本论文的研究内容以及其它章节的结构安排。1.1步进电机概述基于电机的运动控制技术作为自动化领域的关键部分，在国

7、民经济当中起着重要的作用。随着现代科学技术的进步，尤其是集成电路、电力电子器件、自动化控制理论等方面的进展，电机在其实际应用中已由过去简单地控制转动停止、以提供动力为目的应用上升到对速度、加速度、位移和转矩等进行精确控制阶段，以便使被驱动的机械运动准确符合预想的要求。步进电机正好能够很好地符合这种需求，它是一种将数字脉冲信号转化为机械角位移或者线位移的数模转换控制电机。通常所说的步进电机一般是指机电一体化设备包括步进电机及其驱动器，当步进电机驱动器接受到一个脉冲之后就驱动步进电机转动一个固定的角度即步距

8、角。步进电机不像其它电机那样连续旋转而是以一定的步距角一步一步做增量运动因此而得名。所以通过控制脉冲个数来控制步进电机转动的角位移，达到精确定位的目的；同时也可以通过控制脉冲的频率来控制步进电机转动速度和加速度，达到调速的目的。除此之外步进电机还具有以下一些优点[1~6]：（1）无刷：步进电机是无刷结构电机，与带有换向器和电刷等易损部件的传统有刷电机相比而言可靠性更高；（2）与负载无关：不超载时步进电机能够按照设定的速度运行；（3）动态响应