PSoC单片机在步进电机控制中的应用【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电气工程及自动化PSoC单片机在步进电机控制中的应用摘要：本文主要介绍了PCoC单片机的组成和特点，在这一特点上进行对步进电机的控制，对比了FPGA控制方案，我们可以看出通过PSoC内部丰富的资源可以以较低成本实现步进电机的高精度控制，并且设计方案比较简便。关键词：PSoC；步进电机；原理；控制1引言步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。步进电机是一种感应电机，由于具有显著的特点，使得它在电机的大家族中扮演着很重要的角色，它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CNC数控机床中，步进电机可以驱动加工平台做精确定位

2、。在咖啡机中，步进电机可以控制液体流量及开关门仓。在汽车仪表中，步进电机控制已经取代了传统机械式表盘。打印机中，步进电机可以控制纸张的进出位置。而通过PSoC控制步进电机，可以实现低成本，高效率，二次开发相当简便，甚至可以在开发最后一刻根据突发状况改变设计完成设计方案[1]，可以说PSoC在步进电机控制中的意义十分明显。2步进电机原理和应用步进电机的运行原理是通过电子电路，将直流电转变成分时供电、多相时序控制电流为步进电机供电，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。在非超载的情况下，电机的转速和停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数，并

3、不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机转动一个固定的角度，这个角度称为“步距角”，它的旋转是以一定的角度一步一步进行的。通过控制脉冲个数就可以控制角位移，从而达到精准定位的目的；同时通过控制脉冲频率就可以控制电机转动的速度，从而达到调速的目的[2]。步进电机的结构和工作原理使其具备如下特点：1位置定位精确：定位精度可以保持在步进角的3～5%，且不累积。2保持转矩：步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩比较大。3可靠性高：因为没有电刷，磨损小，无需定期维护4控制简便：开环控制，控制成本低。改变输入脉冲指令的频率和个数

4、就可以控制转速和位置5停止/启动容易：有脉冲启动，无脉冲停止6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，高速产生的感应电动势会抵消掉供电电压。7转矩弱：尤其在高速下，转矩很弱现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。反应式步进电机（VR）：反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，也有人称为可变磁阻步进电机，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化

5、产生转矩。永磁式步进电机（PM）：永磁式步进电机的结构同永磁式电机相似，输出转矩比反应式步进电机要大，受永磁体加工工艺限制，转子磁极数不能充分细分，歩距角不能足够小，一般为7.5度或15度。混合式步进电机（HB）：混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。但工艺复杂，成本要比其他两种电机要高[3]。表1中罗列了三种步进电机的性能特点：可以看到,VR和PM应用于对性能要求不高的场合。HB应用于对性能要求较高的场合。表1在了解了步进电机的结构和原理之

6、后，我们知道，对位置有较高要求且速度不快转矩不高的场合中，步进电机作用十分明显。3PSoC单片机的特点PSoC：（ProgrammableSystem-On-Chip，片上可编程系统）PSoC系列单片机是在一个专有的MCU（MicroprogrammedControlUnit）内核周围集成了可配置的模拟和数字外围器件阵列PSoC块，利用芯片内部的可编程互联阵列，有效地配置芯片上的模拟和数字块资源，达到可编程片上系统的目的[4]。PSoC是一种对于标准的“全数字式”微控制器设计、纯粹的模拟设计以及介乎此二者之间的所有设计而言具有同等的高适用性的器件，是

7、一种具有极端灵活且完全可编程的混合信号SOC的基本原理的全新一代器件[5]。PSoC可编程片上系统比标准的固定功能的微控制器有明显的优势，采用一个微控制器，一个PSoC器件最多可集成100种外设功能，PSoC系统集成有MCU、FLASH及可编程模拟和数字模块，从而帮助客户节约设计时间和板上面积。图1中左面的部分是普通单片机的结构，包含时钟源，Flash，SRAM，和MCU本身。右面的部分是PSoC的特色，这就是可编程数字模块和模拟模块。易用的开发工具使设计人员能够准确选择所需的外设功能，包括放大器、ADC、DAC、滤波器及比较器等模拟功能以及定时器、

8、计数器、PWM、SPI和UART等数字功能[6]。图1：PSoC结构图Cypress将PSoCExpress