步进电机细分控制系统设计

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1、邵阳学院毕业设计（论文）毕业设计(论文)课题名称步进电机细分控制系统设计学生姓名梁伟明学号0841330121系、年级专业信息工程系﹑08级通信工程专业指导教师刘伟春职称讲师2012年5月20日45邵阳学院毕业设计（论文）摘要步进电机作为执行原件在自动化控制、精密器械加工、航空航天技术以及所有要求高精度定位、自动记录、自动瞄准等高科技领域内，步进电机的处于越来越重要的地位。但是厂家生产的步进电机步矩脚大、低频振动、高频失步等缺点。细分驱动技术是一种能够改善步进电机低频特性和提高步进精度的技术。广泛应用于高精度、低振动，低噪音系统。本设计以

2、51单片机为核心，通过51单片机控制L297，给L297提供时钟周期，单片机通过查表通过DAC0832数模转化给L297提供阶梯状的参考电压，由于阶梯状参考电压使得L297输出的斩波电流为阶梯状，L297阶梯状的斩波电流通过驱动驱动L298，给步进电机提供驱动电流，实现步进电机的细分控制。45邵阳学院毕业设计（论文）ABSTRCT45邵阳学院毕业设计（论文）目录摘要IABSTRCTII第1章绪论11.1课题来源及研究意义11.2步进电机概述11.3步进电机驱动概述21.4国内外发展趋势31.5课题研究的内容4第1章方案论证52.1总体方案

3、论证52.2细分方案论证72.3最终方案选择9第3章系统的硬件结构设计113.1单片机的功能特点113.2步进电机电机驱动芯片介绍和电路设计143.2DA转换芯片介绍和电路设计193.3电源电路设计22第4章程序设计234.1主程序设计234.2细分程序设计244.3定时器程序设计284.4外部中断程序设计30第5章仿真结果与调试325.1系统仿真结果325.1误差分析33第6章结论34参考文献35致谢36附录3745邵阳学院毕业设计（论文）第1章绪论1.1课题来源及研究意义由于步进电机具有快速启停、精确步进、直接接收数字量等特点，所以在

4、数控系统得到广泛应用。但是由于步进电机存在步距角较大及低速振动等问题，限制了它在高精度场合下的应用。为了解决此问题，有有必要对步进电机的步距角进行细分。本设计采用单片机控制系统实现步距角细分，主要以恒频脉冲调宽细分驱动技术进行研究与分析，建立以单片机为核心的微控制系统并且进行程序控制的设计与试验。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。山社电机生产的步进电机采用：采用永磁矽钢片及日本NSK原装轴承制造，與其他品牌步進電機相比具有定

5、位精度高，输出力矩高，响应频率高，运行噪音低，動態特性好等特点及优势。步进电机作为执行原件，广泛的应用于各种自动化控制系统中。随着工业技术的不断进步，微电子和计算机技术的法杖，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有重要的应用。在自动化控制、精密器械加工、航空航天技术以及所有要求高精度定位、自动记录、自动瞄准等高科技领域内，对步进电机的细分要求也越来越高，研制出一种高精度自动定位系统无疑具有十分重要的意义。1.2步进电机概述步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或直线运动的执行机构，由步进电机及其功率驱动装置构成一个开环的定位运动

6、系统。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步距角)。脉冲输入越多，电机转子转过的角度就越多；输入脉冲的频率越高，电机的转速就越快。因此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，从而达到调速的目的。步进电机种类，根据自身的结构不同，可分为常用三大类：反应式(vR，也称磁阻式)、永磁式(PM)、混合式(HB)。其中混合式步进电机兼有反应式和永磁式的优点，它的应用越来越广泛。步进电机具有自身的特点，归纳起来有5点45邵阳学院毕业设计（论

7、文）：(1)位置及速度控制简便：步进电机在输入脉冲信号时，可以依输入的脉冲数量做固定角度的旋转而得到灵活的角度控制(位置控制)。因为速度和输入脉冲的频率成正比，运转速度可在相当宽范围内平滑调节。(2)可以直接进行开环控制：因为步距误差不长期累积，可以不需要速度传感器以及位置传感器，就能以输入的脉冲数量和频率构成具有一定精度的开环控制系统。(3)高可靠性：不使用电刷，电机的寿命长，仅取决于轴承的寿命。(4)具定位保持力矩：永磁式、混合式步进电机在停止状态下(无脉冲信号输入时)，仍具有励磁保持力矩，故即使不靠机械式的刹车，也能做到停止位置的保

8、持。(5)中低速时具备高转矩：步进电机在中低速时具有较大的转矩，能够较同级伺服电机提供更大的扭力输出。步进电机也有自己的一些缺点：(1)步迸电机带惯性负载的能力较差。(2)不能直接使用普通的交