片机步进电机控制

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1、单片机系统设计题目：单片机步进电机控制系统姓名：谢永胜学号：3080444907学院：机械与控制工程学院班级：机械08-3指导老师:蒋存波单片机步进电机控制系统设计班级：机械08-3班姓名：谢永胜学号：3080444907指导老师：蒋存波摘要：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制元件。正常工作情况下，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。对于控制步进电机正反转以及工作模式只要改变程序中的控制字即可。因为步进电机每次接受一个脉冲就转动一个固定的角度，所以可以通过调节两个脉冲之间的时间间隔来调整脉冲发送的频率，从而达

2、到调节步进电机转速的目的。如此，一个具备基本控制功能的单片机步进电机控制系统便完成了。关键词：单片机、步进电机、方向控制。一、设计要求：MCS-51单片机的步进电机控制系统设计。要求步进电机为三相反应式步进电机，能够正反转。二、步进电机控制系统的发展状况及现状步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，其功能是将脉冲电信号转变为相应的角位移或直线位移。由于它独特的工作原理以及有利于设备向小型化和低成本方向发展，故被广泛地应用于众多领域并得以高速发展。作为一种执行元件，一般的数字电路信号能量远远不足以驱动步进电机运转。多年来，随着电子技术的不断发展，步进电机控制系统

3、的驱动电路也得到了大力发展。最初使用在驱动电路中的功放元件是可控硅。作为一种脉冲触发的开关器件，它突出的特点是输入功率小而输出功率大、耐压高以及成本低。因此，以可控硅作为功率器件的驱动器曾一度占领主流市场。但是，可控硅驱动器触发关断困难、线路比较复杂，容易引起误触发，导致其可靠性差，另外也不便于维护和调试。随着大功率晶体管的迅猛发展，可控硅驱动器逐渐退出了历史舞台。晶体管驱动器具有调试容易、控制方便、元件损耗小以及开关速度快等优点，由于晶体管驱动器采用先进的设计理念，其开关特性和耐压能力以及过流能力有了很大的改进，因而在近年成为大部分驱动器的末级功放元件。步进

4、电机驱动软件的发展状况：在微型计算机出现以前，步进电机的控制完全由硬件实现。如环形分配器。环形分配器由多个标准数字集成电路按逻辑真值表组合而成，不同类型的电机、不同的工作方式就需要不同的环形分配器，在设备更新以及调整中具有非常大的局限性。而随着单片机尤其是以MCS-51系列单片机的迅速普及，基于以软件为核心的通用环形分配器得以广泛的运用。这种环形分配器只需通过更换软件即可适应不同的电机，从而大大的节省了成本，更给设备的更新改进提供了很大的方便。随着自动控制技术、计算机通信技术以及微型计算机技术的高速发展，步进电机控制系统也将迈入数字化、自动化、智能化的控制的方

5、向。二、硬件设计1、步进电机控制系统原理单片机步进电机控制系统主要由单片机系统、功率放大器以及步进电机组成。单片机系统代替传统的步进电机控制器把并行的二进制码转换成串行脉冲序列，并实现方向控制；功率放大器是把单片机系统输出的脉冲序列放大以驱动步进电机转动；常用的步进电机有三相、四相、五相、六相四种，下面以三相步进电机为例介绍其工作原理。三相步进电机定子上有6个磁极，每两个相对磁极上绕有一相绕组，定子的三相绕组即为控制绕组，以A、B、C表示，定子两个磁极之间的夹角为60°。转子上没有绕组，它上面有40个矩形小齿均匀分布在圆周上，相邻两个齿之间的夹角为9°。当某相

6、绕组通电时，相应的两个磁极就分别形成N-S极，产生磁场，并与转子形成磁路。如果这时定子的小齿与转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子将转动一定的角度，使转子齿与定子齿对齐，从而使步进电机向前走一步。三相步进电机有3种工作方式:⑴单三拍⑵双三拍⑶三相六拍如果按上述3种通电方式和通电顺序进行通电，则步进电机正向转动，如果通电顺序与上述顺序相反则反向转动。步进电机的方向控制方法是：⑴用单片机输出接口的每一位控制一相绕组。如用AT89C51单片机控制步进电机时，可用P0.0、P0.1、P0.2分别接至步进电机A、B、C三相绕组。⑵根据所选定的步进电机及控制方式，写

7、出相应控制方式的数学模型。在上述三种通电方式中本人采用第三种（三相六拍）通电方式，其控制方式的数学模型如下：1、步进电机控制系统硬件设计。通过对步进电机工作原理进行分析，当用单片机控制步进电机时，可以方便的控制步进电机按任何一种可行的通电方式进行控制。典型的控制系统原理框图如下图所示：其硬件图如下所示：由上图可知，由于被控制的步进电机要求的电压以及电流较大，而单片机P口的驱动能力非常有限，故需在单片机P0口加一个74LS04驱动器方能将单片机发出的脉冲序列放大，以使电机绕组的驱动电流达到电机的工作电流。二、主要硬件选择a)单片机的选择：选用AT89C51单片机

8、（1个）其特性如下：⑴面向控制的8位C