PC机直接控制步进电机的方法

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1、《毕业论文》1.1课题的背景和意义随着社会的发展，科技的进步，以及人们对生活水平的提高，步进电机的应用也变得越来越广泛了。事实上，步进电机是由国外发明的，我国在文革时期已经开始生产和应用，并且应用范围很广。国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本上不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯与最大扭矩比来比较，非常不经济，但在小功率场合还是使用步进电动机。现在步进电机在我国已经应用到各个领域，尤其在数控中。步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，可以说步进电动机天生就是一种离散运动的装置，是纯粹的数

2、字控制电动机，步进电机驱动器通过外加控制脉冲，控制步进电动机各相绕组的导通或截止，从而使电动机产生步进运动。就是说给一个电脉冲信号，电动机就转过一个角度或者前进一步，其输出转角、转速与输入脉冲的个数、频率有着严格的比例关系。这些关系在负载能力范围内不随电源电压、负载大小、环境条件等的变化而变化。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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高。步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机

3、最突出的优点。为了得到良好的控制性能，对步进电机的控制的研究就一直没有停止过，进而使许多重大的技术得以实现。上世纪80年代以后，由于微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式变得更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路，或者集成电路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路，不利于系统的改进升级。基于微型单片机的控制系统是通过软件来控制步进电机的，能够更好地发挥步进电机的潜力。因此，用微型单片机控制步进电机己经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求。

4、还比如为了适应一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求，出现的步进电机细分驱动技术，就包括振荡器、环行分配器控制的细分驱动、基于单片机斩波恒流驱动、基于单片机的直流电压驱动三种常见驱动方式，除上述三种步进电机的驱动方案之外，目前报道的驱动方案还有根据汇编语言或C语言进行软件开发，在windows平台下利用Visua1c++6.0提供的串行通信控件Mscolnln来实现PC机与步进电机控制器之间的数据通讯，最终实现由PC机直接控制步进电机的方法；在windows平台下和单片机配合控制步进电机的方法；PLC控制的脉冲驱动方案等等。但是在有

5、些应用场合，并不需要高精度的控制，而是需要在满足一般工作要求的情况下，尽量使控制系统做到·系统硬件结构简单，成本低；·功能较为齐全；·适应性强；·电机各种运行状态指示一目了然，操作方便；·系统抗干扰和可靠性高；本论文就是采用这个思路进行设计。一般步进电机控制器都用硬件实现，虽然电路可以做到了高集成度，可价格较贵，功能相对较单一，并且设计要求有所改变，就得改变整个硬件电路，比较麻烦。而采用单片机的软件和硬件结合进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转

6、速等控制，如果需改变控制要求，一般只需改变软件就能适应新的环境，并且在本设计中利用动态扫描技术，把显示电路和键盘电路有机的结合起来，节约了单片机的端口，能做到一定的人机交换，而且为了抗干扰，提高可靠性，加入看门狗电路MAX813，在软件设计上加入去抖动，因此具有一定的应用价值。1.2国内外研究概况1.2.1步进电机控制系统基本类型在步进电机的发展过程中，出现了多种控制方案1.基于电子电路控制步进电机受电脉冲信号控制，电脉冲信号的产生、分配、放大全靠电子元器件的动作来实现。由于脉冲控制信号的驱动能力一般都很弱，因此必须有功率放大驱动电

7、路。步进电机与控制电路、功率放大驱动电路组成一体，构成步进电机驱动系统。此种控制电路设计简单，功能强大，可实现一般步进电机的细分任务。这个系统由三部分组成：脉冲信号产生电路、脉冲信号分配电路、功率放大驱动电路。系统组成如图l一1所示。此种方案即可为开环控制，也可闭环控制。开环时，其平稳性好，成本低，设计简单，但未能实现高精度细分。采用闭环控制，即能实现高精度细分，又能实现无级调速。闭环控制是不断直接或间接地检测转子的位置和速度，然后通过反馈和适当的处理，自动给出脉冲链，使步进电机每一步响应受控于信号的命令，从而只要控制策略正确电机不

8、可能轻易失步。该方案多通过一些大规模集成电路来控制其脉冲输出频率和脉冲输出数，功能相对较单一，如需改变控制方案，必须需重新设计，因此灵活性不高。2.基于PLC的控制PLC也叫可编程控制器，是一种工业上用的计算机。PLC作为新一代的工业