基于avr单片机步进机驱动电路设计

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1、课程设计报告课程：基于AVR单片机步进机驱动电路设计姓名：班级：教师：*****大学一、设计名称：基于AVR单片机的步进机驱动电路设计二、步进机简介：步进电机是数字控制电机，是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进机有以下优点：（1）通常不需要反馈就能对位置和转速进行控制；（2）位置误差不会积累；（3）与数组设备兼容，能够直接接受数字信号；（4）可以快速启停。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。此外，按照电动机驱动架构又可分单极性和双极型步进电

2、动机。步进电动机主要有两种工作方式：整步方式和半步方式。以步距角1.8°四相混合式步进电动机为例，在整步方式下，步进电动机每接受一个脉冲，旋转1.8°，旋转一周，需要200个脉冲。在半步方式下，步进电动机每接受一个脉冲，旋转0.9°，旋转一周，则需要400脉冲。本课程设计选择单极3相步进机，单极3相步进机有3个磁激励相，分别用A、B、C表示，每相有一个磁激励线圈。通过控制3个磁激励线圈电流通断的先后时间顺序和通断频率，就可以改变步进电机的旋转方向并控制转速。单极3相步进机工作在整步方式时，即工作在３相３拍时，每拍转动3°，工作在半步方式时，即工作在３相6拍时，每拍转动1.5

3、°。AABCCB图1单极3相步进电机原理图三、设计目的及要求设计目的：1、通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识和掌握，对单片机课程的应用进一步的了解；2、掌握步进电机基本知识，了解单片机对步进机控制的基本原理；3、掌握控制步进机转动编程方法；4、掌握步进机和单片机的接口驱动方法5、通过此次课程设计能够将单片机软硬件结合起来，对程序进行编辑，校验。设计要求：1、能对三相步进电动机的转速进行控制。2、能对三相步进电动机的步长进行控制。四、设计原理步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲

4、信号频率决定。(1)控制步进电机的转向果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。(2)控制步进电机的速度给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，(3)步进电机的步长步进机的步长，即步进机的步距角，步距角是控制系统每发出一个步进机脉冲信号电动机所转动的角度。步进电动机的控制精度与转子的极数和定子的位相成反比，如图2所示。因此当步进机确定之后，步进机的步长尽随步进机工作方式的改变而改变。单极3相步进机工作在整步方式时，即３相３拍时，每拍转动3°，工作在半

5、步方式时，即３相6拍时，每拍转动1.5°。所以步进机要实现步长的改变应工作在３相3拍和３相6拍两种工作方式下。图2步进机的定子与转子示意图（ａ）3相3拍驱动时序图（ｂ）3相6拍驱动时序图图3　３相步进机控制时序图步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下图所示：图4步进机控制系统的组成1、脉冲信号的产生脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大.2、信号分配单机三相步进电机有两种工作方式，图３给出了它们的控制时序图。３相３拍其各相通电顺序正转为A-B-C-A-B-C,反转为A-C-

6、B-A-C-B，每拍转动3°.三相六拍的六拍编码为：A,B,C,A，B,C用二进制表示为：0x04,0x02,0x01；３相６拍其各相通电顺序正转Ａ－ＡＢ－Ｂ－ＢＣ－Ｃ－ＣＡ，反转为Ａ－ＡＣ－Ｃ－ＣＢ－Ｂ－ＢＡ，每拍转动1.5°。三相六拍的六拍编码为：A,AB,B,BC,C,CA，用二进制表示为：01H，03H，02H，06H，04H，05H，把次代码串，顺序循环发送，步进电机正转，反过来循环发送，步进电机反转。通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C相的通断。3、功率放大功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流。平均电流

7、越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。五、硬件设计步进机硬件原理图如图图5步进机硬件原理图ATmaga16将控制脉冲从PA0~PA2输出，通过限流保护电阻与一片7位达林顿驱动芯片MC1413相连接。当PA0输出高电平‘1’时，MC1413内部对应O0的达林顿管导通，电流从电源正极（+12V）通过步进机A相线圈，经O0端流入地线；输出为低电平‘0’时，MC1413内部