《步进电机论》word版

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1、CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY设计题目：步进电机控制器学生姓名：李毅航刘权兵徐重瑶张国为学院名称：电气与信息工程学院专业名称：电子信息工程班级名称：电子0841学号：22243437完成时间：2011年7月6日2011年7月6日小组成员：电子0841班22号李毅航（程序源代码）电子0841班24号刘权兵（Proteus电路设计）电子0841班34号徐重瑶（论文）电子0841班37号张国为（Protel原理图和PCB图）步进电机控制器李毅航、刘权兵、徐重瑶、张国为（电子0841班22号、2

2、4号、34号、37号）摘要：步进电机是一种以脉冲控制的转动器件，由于是以脉冲驱动，很适合心数字或微型计算机来控制，所以我们又把它当成是一种数字器件。本设计主要是运用51单片机控制4相步进电机系统，由单片产生驱动脉冲信号，控制步进电机以一定的转速向某一方向转动，并用LCD液晶显示器显示其实时工作状态关键词：单片机；步进电机；脉冲；LCD液晶显示器引言步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信

3、号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的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的非常的简单。在工业控制系统中，最常见的是对步进电机的控制。步进电机的数字控制是步进电机控制的发展趋势，用单片机对步进电机进行控制是实现电动机数字控制的最常用手段。1.步进电机工作原理步进电机按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式(也称反应式或变磁阻式)电机、混合式电机、永磁式电机和特种电机等4种主要型式，下面主要以四相磁阻式步进电机为例说明步进电机的工作原理。图1是一个四相磁阻

4、式步进电机的结构示意图，该电机定子上有8个凸齿，相距180度的两个凸齿构成一相，每一相上的线圈反相连接，这样8个齿就构成四相，AA1,BB1,CC1,DD1，因此称为四相步进电机。图1四相磁阻式步进电机的结构示意图四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。　　单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：

5、abc图2步进电机工作时序波形图2.步进电机控制系统设计本设计的功能是实现一个基于51单片机控制的4相步进电机系统，由单片机产生驱动脉冲信号，步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后，步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度，将电脉冲转化成角位移。电机的转速由脉冲信号频率来控制决定，可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到调速的目的。系统框图如图3所示:时钟脉冲单片机AT98C51电机驱动器步进电机128*64LCD驱动与显示键盘图3系统框图　　驱动电路的主要作用是实现功率放大。一般脉冲分配器输出的驱动能力是有限

6、的，它不可能直接驱动步进电机，而要经过一级功率放大。3.硬件电路设计在单片机控制的步进电机系统中，输入由单片机接口电路构成的5个按键完成，单片机根据输人的键值控制步进电机的正反转、停止和加减速的操作信号，并在LCD显示器中显示出其工作状态，再由驱动电路输出脉冲控制步进电机的运行。如图4所示:图4硬件电路图像直流电机一样，步进电机也需要驱动电路才能被单片机的I/O口控制，这是因为对于电机这类功率器件，普通单片机的I/O口驱动能力不够。为了让步进电机能够运转起来，还要有一套驱动电路才能让它有足够的能量。下面图5是一个12

7、V的4相步进电机的驱动电路图:图5步进电机的驱动电路在这个设计中，我用到了一个128*64的LCD液晶显示器来显示步进电机的实时工作状态。下面图6为LCD器件图，表1为LCD引脚功能:表1LCD显示器功能表引脚号引脚名称功能说明1H:选择芯片IC1（右半屏）信号2H:选择芯片IC2（左半屏）信号3GND模块的电源地4VCC模块的电源正端5V0LCD驱动电压输入端6RSH/L并行的指令/数据选择信号7R/WH/L并行的读写选择信号8EH/L并行的使能信号9DB0数据010DB1数据111DB2数据212DB3数据313

8、DB4数据414DB5数据515DB6数据616DB7数据717H/L复位低电平有效18-Vout电源图6LCD器件图设计步进电机的Protel的原理图和PCD电路图如下图7、图8图7Protel原理图图8PCB电路图4软件设计4.1流程图软件程序构成包括主程序和子程序两部分。主程序控制各个硬件电路的执行过程顺序而子程序主要是一些功能性程序，如