单片机课程设计报告--基于步进电机控制系统的设计

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1、重庆三峡学院课程设计报告书题目：基于步进电机控制系统的设计学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：完成日期2010年12月24日13目录目录2摘要3设计任务3第一章步进电机概述31.1步进电机的组成：31.2步进电机旋转原理：31.3步进电机的技术参数与控制：4第二章设计方案论证6第三章硬件电路的设计63.1系统设计框图63.2系统复位电路63.3时钟电路73.4电机驱动电路83.5正反转及速度检测电路9第四章设计心得9参考文献9附录A程序清单10附录B元器件清单11附录C原理图12附录DPCB图1313摘要本次课程设计我们组主要是设计

2、了一个可以控制正反转，速度8级可控的步进电机控制电路。采用拨码开关对正反转和速度进行设置，将设置好的信号发送给单片机，对单片机进行编程，就可以使单片机发出控制信号去驱动步进电机转动，但是由于单片机的驱动电流太小，因此我们在单片机和步进电机之间接了两级驱动电路。为了使步进电机速度变快，我们在设计时还在步进电机前加了加速电阻和泻放二级管。关键词：单片机步进电机速度控制方向控制设计任务1、设计一个能实现正反转的步进电机控制电路；2、设计一个能实现正反转和速度可控制的步进电机控制电路；3、设计一个能实现正反转和8级速度可控的步进电机控制电路。第一章步进电机概述1

3、.1步进电机的组成：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号，电机则转过一个步进角。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。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。以四相步进电机为例，电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有四个励磁绕阻，其几何轴线依

4、次分别与转子齿轴线错开。0、1/4て、1/2て、3/4て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/4て，C与齿3向右错开1/2て，D与齿4向右错开3/4て。1.2步进电机旋转原理：如A相通电，B，C，D相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C，D相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/413て，此时齿3与C偏移为1/4て，齿4与A偏移（て-1/4て）=1/2て。如C相通电，A，B，D相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/4て，此时齿4与A偏移为1/4

5、て对齐。如D相通电，A，B，C相不通电，齿4应与D对齐，此时转子又向右移过1/4て，此时齿5与A偏移为1/4て对齐。如A相通电，B，C，D相不通电，齿5与A对齐，转子又向右移过1/4て这样经过A、B、C、D、A分别通电状态，齿5（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，D，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/4て,向右旋转。如按A，D，C，B，A……通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系，而方向由导电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB

6、-B-BC－C-CD-D-DA-A这种导电状态，这样将原来每步1/4て改变为1/8て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/4て变为1/16て，1/32て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移て/m,2て/m……(m-1)て/m,て。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机。1.3步进电机的技术参数与控制：步进电机的三个重要参数是相数、拍数和步距角。相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数：完成一个

7、磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，用n表示。以四相电机为例，有四相单四拍运行方式即A-B-C-D，四相双四拍运行方式即AB-BC-CD-DA,四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。电机正反转控制：当电机绕组通电时序为C-CD-D-DA-A-AB-B-BC为时正转，通电时序为BC-B-AB-A-AD-D-CD-C时为反转。1.3.1步进电机的方向控制：以下以四相八拍的步进电机，具体说明如下:四相八拍拍控制模型如表1、2所示：控制字通电相转向0BHCP3.3为1时正转1303HCD07HD06HDA0E

8、HA0CHAB0DHB09HBC表1控制字通电相转向09HBCP3.3为0时反转