基于arm的步进电机

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1、目录1引言12步进电机的概况及分类12.1步进电机的概况12.2步进电机的分类13电路设计及其工作原理23.1步进电机电路总体设计思路23.2步进电机的详细电路设计23.3步进电机的工作原理44软件设计44.1软件总体设计流程45结束语56实习总结57参考文献6附录1步进电机主程序7附录2电路总图11附录3PCB图12121引言目前，随着嵌入式技术的不断成熟，基于嵌入式系统编写特制电路下的设备驱动程序也越来越受到人们的青睐。数字电子技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展推动了步进电机的快速发展。在当今的社会中，步进电机运用于各个行业，应用领域涉及机器人、

2、工业电子自动化设备、医疗器械、广告器材、舞台灯光设备、印刷设备、计算机外部应用设备等等。虽然步进电机已经被广泛地应用，但步进电机并不能像普通直流电机、交流电机那样在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制才可以使用。因此，设计步进电机具有重要的现实意义和使用价值。2步进电机的概况及分类2.1步进电机的概况传统的电机作为机电转换能量装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入自动划时代的今天，传统电机的功能已经不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。为了适用这种要求，发展了一系列具备控制功能

3、的电动机系统，其中较有自己特点且应用十分广泛的是步进电机。现在的步进电机已经成为除直流电机和交流电机之外的第三类电动机。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，具有控制灵活、价格低等优点，因而广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，嵌入式步进电机控制器是将微处理器置于电机控制器中，使步进电机控制器能按设定的相数、拍数以及单个触发脉冲所走的步数，提供相应的控制逻辑。2.2步进电机的分类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。永磁式：永磁式步进电机的

4、转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大。反应式步进电机：其电机定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。此电机一般为三相，可以实现大转矩输出，步进角度一般为1.5度，但是噪声和振动都很大。12混合式步进电机：混合式步进电机是混合了永磁式和反应式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，但结构复杂、成本相对较高。一般为两相和五相：两相步进角度为1.8度，而五

5、相步进角度一般为0.72度，这种步进电机应用最为广泛。3电路设计及其工作原理3.1步进电机电路总体设计思路在本设计系统内，主要利用ARM输出信号的来控制电机的转动，同时能够调整转速，控制转向。通过改变给电机输入脉冲信号波形的不同来改变电机的转速；通过控制电机相序来控制电机转向。本系统主要由按键电路，ARM微处理器，步进电机驱动电路，步进电机等几部分组成。步进电机的控制主要由六个按键来实现，分别是“启动”、“正转”、“反转”、“加速”、“减速”、“停止”。总体设计框图如图1所示：图1总体框图3.2步进电机的详细电路设计步进电机的硬件电路包括驱动电路和控制

6、电路组成。驱动电路主要是驱动电机的转动，由电源、信号的输入、输出端和电阻与三极管组成的放大电路等组成；控制电路主要由开关和按键组成，由操作者根据相应的工作需要进行操作。（1）驱动电路步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式必须使用专用的步进电机驱动控制器，正是这个特点步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。驱动电路由电源、信号输入端、信号输出端、电阻、三极管组成，本系统之所以采用三极管放大电路对步进电机进行驱动，是由于我们使用的电机是线圈式的，在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状，态时会形成很大的反向电流，在电路中加

7、入三极管的作用就是在产生反向电流的时候进行泄流，保护芯片的安全。电路如图（2）所示：12图2驱动电路（2）控制电路根据系统的控制要求，控制输入部分设置了启动控制、停止控制、正向转动控制、反向转动控制、加速控制和减速控制按钮，分别是K1、K2、K3、K4、K5、K6。当按键的状态变化时，内部程序检测GPIO12、GPIO13、GPIO14、GPIO15的状态来调用相应的启动和转换程序，以实现系统的电机控制。利用按键来控制电机的启停，正反转，加减速。当一个按键接通后，I/O口出现一个负脉冲，通过内部程序的设置，实现电机转向、速度的控制。电路如图（3）所示：

8、图3按键控制电路123.3步进电机的工作原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子