步进电机课程设计

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1、惠州学院HUIZHOUUNIVERSITY单片机课程设计中文题目：步进电机控制系统英文题目：Steppermotorcontrolsystem姓名学号专业班级指导教师提交日期教务处制1、目的和意义设计一个由单片机控制的步进电机调速系统，操作者可通过系统的按钮控制步进电动机的旋转速度和方向，正反转均可在1-15档改变，本设计通过按钮来调节，先从1档开始，按一次加一档，直至15档，然后，按一次减一档，直至1档，如此循环，并通过1602液晶显示出来。本次设计圈数也可调，在1-20圈改变，也通过1602液晶显示。2、步进电机概述2.1步进电机的特点1）一般步进电机的精度为步

2、进角的3-5%，且不累积。2）步进电机外表允许的温度高。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进

3、电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。2.2步进电机的工作原理步进电机是一种用电脉冲进行控制,将电脉冲信号转换成相位移的电机,其机械位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比,每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度,脉冲的频率决定了电机运转的速度.当步进驱动器接收到一个脉冲信号

4、，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。本次课程设计选用的步进电机是28BYJ-48型号的步进电机。B-步进电机，Y-永磁型。48-是四相八拍步进电机。3、方案的论证3.1控制方式的确定步进电机控制虽然是一个比较精确的，步进电机开环控制系统具有成本低、简单、控制方便等优点，在采用单片机的步进电机开环系统中，控制系统送控制字的间隔和送控制字的顺序实际上就是控制步进电机的运行速度。系统可用

5、两种办法实现步进电机的速度控制。一种是延时，一种是定时。延时方法是在每次按键之后调用一个延时子程序，待延时结束后再次送控制字，这样周而复始就可发出一定频率的CP脉冲。该方法简单，占用资源少，全部由软件实现，调用不同的子程序可以实现不同速度和不同方向的运行。但占用CPU时间长，不能在运行时处理其他工作。因此只适合较简单的控制过程。定时方法是利用单片机系统中的定时器定时功能产生任意周期的定时信号，从而可方便的控制系统输出CP脉冲的周期。当定时器启动后，定时器从装载的初值开始对系统及其周期进行加计数，当定时器溢出时，定时器产生中断，系统转去执行定时中断子程序将电机换向子程序放在定时中断服

6、务程序中，定时中断一次，电机换向一次，从而实现电机的速度控制。3.1.1脉冲序列的生成脉冲幅值：由数字元件电平决定。TTL0～5VCMOS0～10V接通和断开时间可用延时的办法控制。要求：确保步进到位。3.1.2方向控制步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。四相八拍，通电顺序为:正转:A→AB→B→BC→C→CD→D→DA反转:A→AD→D→DC→C→CB→B→BA改变通电顺序可以改变步进电机的转向3.2脉冲分配实现脉冲分配（也就是通电换相控制）的方法有两种：软件法和硬件法。本次设计采用软件法。软件法是完全用软件的方式，按照给定的通电换相顺序，通过单片机的IO向驱动电路发出控制

7、脉冲，下面以四相八拍为例。正序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A,，反序为A-AD-D-DC-C-CB-B-BA-AP3.0：A相驱动P3.1：B相驱动P3.2：C相驱动P3.3：D相驱动三相六拍控制字如下表所示：注：0代表使绕组断电，1代表使绕组通电在程序中，只要依次将这8个控制字送到P2口，步进电机就会转动一个齿距角，每送一个控制字，就完成一拍，步进电机转过一个步距角。3.3驱动方式的确定用于步进电机的驱动一般有两种方法，一种是通过CPU直接来驱动，这种