步进电机毕业设计
2007届毕业论文（设计）题目：基于单片机的步进电机控制系统
系别：自动化系
专业：港口物流设备与自动控制班级：09港控11
姓名：赵家一
目录
前言
一、步进电机控制原理 (2)
1.1步进电机的分类和主要参数 (2)
1.1.1步进电机的分类 (2)
1.1.2步进电机的一些基本参数 (2)
1.2步进电机的原理 (3)
1.2.1步进电机基本控制原理 (3)
1.2.2步进电机控制系统原理…………………………………………… 3.
二、设计方案－硬件电路设计 (4)
2.1方案论证与比较 (4)
2.2理论设计 (5)
三、步进电动机的单片机控制 (7)
3.1脉冲分配 (8)
3.1.1通过软件实现脉冲分配 (8)
3.1.2通过硬件实现脉冲分配 (10)
四、步进电动机的运行控制 (11)
4.1步进电动机的位置控制 (11)
4.2步进电动机的加、减速控制 (14)
五、总结 (20)
参考文献及外文资料
前言
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：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（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时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。
在步进电机的单片机控制系统中，要求能实现以下三个基本控制任务：
控制换相顺序：步进电机的通电换相顺序要严格按照步进电机的工作方式进行。也称为脉冲分配，实现脉冲分配的方法有两种：软件法和硬件法。
控制步进电机的转向：通过改变通电的相序来实现。
控制步进电机的转速：通过调节脉冲频率来实现。
一、步进电机控制原理
1.1步进电机的分类和主要参数
1.1.1步进电机的分类
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
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。
1.1.2步进电机的一些基本参数：
（1）电机固有步距角：
它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。
（2）步进电机的相数：
是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数
不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。
（3）保持转矩（HOLDING TORQUE）：
是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。
（4）DETENT TORQUE：
是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。
1.2步进电机的原理
1.2.1步进电机基本控制原理
步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，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信号频率决定。
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：
(1)控制换相顺序
通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A，B，C，D相的通断。
(2)控制步进电机的转向
如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。
(3)控制步进电机的速度
如果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，就可以对步进电机进行调速。
1.2.2步进电机控制系统原理
典型的步进电机控制系统如图1.1所示，主要是由步进控制器，功率放大器及步进电机等组成。
图1.1 步进电机控制系统的组成
二、设计方案－硬件电路设计
2.1 方案论证与比较
1、本设计的重点在于对步进电机的控制和驱动，设计中受控电机为四相六线制的步进电机（内阻33欧，步进1.8度，额定电压12V）
方案一：使用多个功率放大器件驱动电机
通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大的要求，放大后能够得到较大的功率。
方案二：使用L298N芯片驱动电机
L298N芯片可以驱动两个二相电机（如图2.2），也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。
图2.2 L298N芯片
2、数码管显示电路的设计
方案一：串行接法
设计中要显示4位数字，用74LS164作为显示驱动，其中带锁存，使用串行接法可以节约IO口资源，但要使用SIO，发送数据时容易控制。
方案二：并行接法
使用并行接法时要对每个数码管用IO口单独输入数据，占用资源较多。
2.2 理论设计
综合以上选取的方案，总的流程如图2.3所示。
图2.3 控制系统总流程
1、步进电机驱动电路
通过L298N构成步进电机的驱动电路,电路图如图2.4所示。
图2.4 步进电机的驱动电路图
通过MCS-51单片机的P1.0~P1.5口对L298N的IN1～IN4口和ENA、ENB口发送方波脉冲信号，起时序图如图2.5所示。
图2.5 时序图
2、数码管显示电路的设计
数码管的显示驱动使用74LS164，通过MCS-51单片机的串行口对DATA和CLK发送数据。
图2.6 数码管显示电路的设计图
3、4x4键盘电路
在设计中，使用了标准的4x4键盘，其电路图如图2.7所示。单片机的P0口为键盘的接口。尽管设计要求中只需要4个键对步进电机的状态进行控制，但考虑到对控制功能的扩展，我们使用了4x4的键盘。
图2.7 4x4键盘电路图
三、步进电动机的单片机控制
步进电动机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电动机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。其基本控制作用如下。
(1)控制换相顺序
步进电动机的通电换相顺序严格按照步进电动机的工作方式进行。通常我们把通电换相这一过程称为脉冲分配。
（2）控制步进电动机的转向
通过前面介绍的步进电动机原理我们已经知道，如果按给定的工作方式正序通电换相，步进电动机就正转；如果按反序通电换相，则电动机就反转。
（3）控制步进电动机的速度
如果给步进电动机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔时间越短，步进电动机就转的越快。
3.1脉冲分配
实现脉冲分配（也就是通电换相控制）的方法有两种：软件法和硬件法。
3.1.1通过软件实现脉冲分配
软件法是完全用软件的方式，按照给定的通电换相顺序，通过单片机的I/O口向驱动电路发出控制脉冲。图3-1是用这种方法控制五相步进电动机的硬件接口例子。利用8051系列单片机的P1.0~P1.4这5条I/O线，向五相步进电动机传送控制信号。
下面以五相步进电动机工作在十拍方式为例，说明如何设计软件。
这10个控制字如表3-1所列。
图3-1 用软件实现脉冲分配的接口示意图
表3-1 五相十拍工作方式的控制字
在程序中，只要依次将这10个控制字送到P1口，步进电动机就会转动一个齿距角。每送一个控制字，就完成一拍，步进电动机转过一个步距角。程序就是根据这个原理进行设计的。
用R0作为状态计数器，来指示第几拍，按正转时加1，反转时减1的操作规律，则正转程序为：
CW： INC R0 ；正转加1
CJNE R0，#0AH，ZZ ；如果计数器等于10修正为0
MOV R0，#00H
ZZ： MOV A，R0 ；计数器值送A
MOV DPTR，#ABC ；指向数据存放首地址
MOVC A，@A+DPTR ；取控制字
MOV P1，A ；送控制字到P1口
RET
ABC： DB 0FCH，0F8H，0F9H，0F1H，0F3H ；10个控制字
DB 0E3H，0E7H，0E6H，0EEH，0ECH
反转程序为：
CCW： DEC R0 ；反转减1（反序）
CJNE R0，#0FFH，FZ ；如果计数器等于FFH修正为9
MOV R0，#09H
FZ： MOV A，R0
MOV DPTR，#ABC ；指向数据存放首地址
MOVC A，@A+DPTR ；取控制字
MOV P1，A ；送P1口
RET
软件法在电动机运行过程中，要不停地产生控制脉冲，占用了大量的CPU时间，可能使单片机无法同时进行其他工作，所以，人们更喜欢用硬件法。
3.1.2通过硬件实现脉冲分配
所谓硬件法实际上是使用脉冲分配器芯片，来进行通电换相控制。脉冲分配器有很多种，这里介绍一种8713集成电路芯片。8713有几种型号，如三洋公司生产的PMM8713，富士通公司生产的MB8713，国产的5G8713等，它们的功能一样，可以互换。
8713是属于单极性控制，用于控制三相和四相步进电动机，可以选择以下不同的工作方式。
三相步进电动机：单三拍，双三拍，六拍；
四相步进电动机：单四拍，双四拍，八拍。
8713可以选择单时钟输入或双时钟输入；具有正反转控制,初始化复位,工作方式和输入脉冲状态监视等功能;所有输入端内部都设有斯密特整形电路,提高抗干扰能力;使用4~18V支流电源,输出电流为20mA。
8713有16个引脚。各引脚功能如表3-2所列。
表3-2 8713引脚功能
8713脉冲分配器与单片机的接口例子如图3-2所示。本例选用单时钟输入方式，8713的3脚为步进脉冲输入端，4脚为转向控制端，这两个引脚的输入均由单片机提供和控制。选用对四相步进电动机进行八拍方式控制，所以5，6，7脚均接高电平。
图3-2 8713脉冲分配器与单片机接口
由于采用了脉冲分配器，单片机只需要提供步进脉冲，进行速度控制和转向控制，脉冲分配的工作交给脉冲分配器来自动完成。因此，CPU 的负担减轻许多。
四、 步进电动机的运行控制
步进电动机的运行控制涉及到位置控制和加，减速控制。
4．1 步进电动机的位置控制
步进电动机的位置控制，指的是控制步进电动机带动执行机构从一个位置精确地运行到另一个位置。 对步进电动机位置控制的一般作法是：步进电动机每走一步，步数减1，如果没有失步存在，当执行机构到达目标位置时，步数正好减到0。因此，用步数等于0来判
断是否移动到目标位，作为步进电动机停止运行的信号。
下面给出一个例子。其硬件连接仍如图3-2所示，所有的操作仍然都发生在定时器中断程序中，而且每次中断仍然改变一次P1.0的状态，也就是说，每两次中断步进电动机才走一步。下面是本程序使用的资源：
30H，31H——存放定时常数，低位在前；
32H~34H——存放绝对位置参数，低位在前；
35、36H——存放步数，低位在前。
中断服务子程序框图如图4-1所示。
程序如下：
POS： CPL P1.0 ；改变P1.0电平状态
PUSH ACC ；累加器A进栈
PUSH R0
JNB P1.0,POS4 ；P1.0=0时，半个脉冲，转到POS4
CLR EA ；关中断
JNB P1.1，POS1 ；反转，转到POS1
MOV R0，#32H ；正转。指向绝对位置低位32H
INC @R0 ；绝对位置加1
CJNE @R0，#00H，POS2 ；无进位则转向POS2
INC R0 ；指向33H
INC @R0 ；（33H）+1
CJNE @R0，#00H，POS2 ；无进位则转向POS2
INC R0 ；指向34H
INC @R0 ；（34H）+1
CJNE @R0，#00H，POS2 ；无越界，则转向POS2
CLR TR0 ；发生越界，停定时器
LCALL BAOJING ；调报警子程序
POS1： MOV R0，#32H ；反转。指向绝对位置低位32H
DEC @R0 ；绝对位置减1
CJNE @R0，#0FFH，POS2 ；无借位则转向POS2
INC R0 ；指向33H
DEC @R0 ；（33H）-1
CJNE @R0，#0FFH，POS2 ；无借位则转向POS2
INC R0 ；指向34H
DEC @R0 ；（34H）-1
CJNE @R0，#0FFH，POS2 ；无越界，则转向POS2
CLR TR0 ；发生越界，停定时器
LCALL BAOJING ；调报警子程序
POS2： MOV R0，#35H ；指向步数低位35H
DEC @R0 ；步数减1
CJNE @R0，#0FFH，POS3 ；无借位则转向POS3
INC R0 ；指向36H
DEC @R0 ；（36H）-1
POS3： SETB EA ；开中断
MOV A，35H ；检查步数=0
ORL A，36H
JNZ POS4 ；不等于0转向POS4
CLR TR0 ；等于0。停定时器
SJMP POS5 ；退出
POS4： CLR C
CLR TR0 ；停定时器
MOV A，TL0 ；取TL0当前值
ADD A，#08H ；加8个机器周期
ADD A，30H ；加定时常数（低8位）
MOV TL0，A ；重装定时常数（低8位）
MOV A，TH0 ；取TH0当前值
ADDC A，31H ；加定时常数（高8位）
MOV TH0，A ；重装定时常数（高8位）
SETB TR0 ；开定时器
POS5： POP R0
POP PSW
POP ACC
RETI ；返回
步进电动机的正反转控制在主程序中实现。如果正转，使P1.1=1；反转，使P1.1=0。所以，不管在正转情况下，还是在反转情况下，上面程序都能适用。
4.2步进电动机的加、减速控制
实际上，在3.2一节中的速度控制中，速度并不是一次升到位。在4.1一节中的位置控制中，执行机构的位移也不总是恒速进行的。它们对运行的速度都有一定的要求。在这一节中，我们将讨论步进电动机在运行中的加、减速问题。
为了满足加、减速要求，步进电动机运行通常按照加、减速曲线进行。图4-2是加、减
速运行曲线。加、减速运行曲线没有一个固定的模式，一般根据经验和试验得到的。
（a）匀加、减速曲线（b）S形加、减速曲线
图4-2 加、减速运行曲线
最简单的是匀加速和匀减速曲线，如图4-2（a）所示，其加、减速曲线都是直线，因此容易编程实现。按直线加速时，加速度是不变的，因此要求转距也应该是不变的。
采用指数加、减速曲线或S形加、减速曲线是最好的选择，如图4-2（b）所示。因为电动机的电磁转距与转速的关系接近指数规律。
努进电动机的运行还可根据距离的长短分如下3种情况处理。
（1）短距离
由于距离较短，来不及升到最高速，因此，在这种情况下，步进电动机以接近启动频率运行过程没有加、减速。
（2）中、短距离
在这样的距离里，步进电动机只有加、减速过程，而没有恒速过程。
（3）中、长距离
在这样的距离里，步进电动机不仅有加、减速过程，还有恒速过程。由于距离较长，要尽量缩短用时，保证快速反应性。因此，在加速时，尽量用接近启动频率启动；
在恒速时，尽量工作在最搞速。
下面举例来说明步进电动机加、减速控制程序的编制。
图4-3是近似指数加速曲线。由图可见，离散后速度并不是一直上升的，而是每升一级都要在该级上保持一段时间，因此实际加速轨迹呈阶梯状。如果速度是等间距分布，那么在该速度级上保持的时间不一样长。为了简化，我们用速度级数N与一个常数C的乘积去模拟，并且保持的时间用步数来代替。因此，速度每升一级，步进电动机都要在该速度级上走NC步（其中N为该速度级数）。
为了简化，减速时也采用与加速时相同的方法，只不过其过程是加速时的逆过程。
图4-3 加速曲线离散化
本程序的参数除了有速度级数N和级步数NC以外，还有以下参数。
（1）加速过程的总步数
电动机在升速过程中每走一步，加速总步数就减一，直到减为0，加速过程结束，进入恒速过程。
（2）恒速过程的总步数
电动机在恒速过程中每走一步，恒速总步数就减一，直到减为0，恒速过程结束，进入减速过程。
（3）减速过程的总步数
电动机在减速过程中每走一步，减速总步数就减1，直到减为0，减速过程结束，电动机停止运行。
加减速程序框图如图4-4所示。
程序如下：
JAJ： CPL P1.0 ；改变P1.0电平状态
PUSH ACC ；保存现场
PUSH PSW
PUSH B
PUSH DPTL
PUSH DPTH
SETB RS0 ；选用工作寄存器1
JNB P1.0，JAJ10 ；P1.0=0时，半个脉冲，转到JAJ10
CLR EA ；关中断
JNB P1.1，JAJ1 ；反转，转到JAJ1
MOV R0，#32H ；正转，指向绝对位置低位32H
INC @R0 ；绝对位置加1
CJNE @R0，#00H，JAJ2 ；无进位则转向JAJ2
INC R0 ；指向33H
INC @R0 ；（33H）+1
CJNE @R0，#00H，JAJ2 ；无进位则转向JAJ2
INC R0 ；指向34H
INC @R0 ；（34H）+1
CJNE @R0，#00H，JAJ2 ；无越界，则转JAJ2
CLR TR0 ；发生越界，停定时器
LCALL BAOJING ；调报警子程序
JAJ1： MOV R0，#32H ；反转，指向绝对位置低位32H DEC @R0 ；绝对位置减1
CJNE @R0，#0FFH，JAJ2 ；无借位则转向JAJ2
INC R0 ；指向33H
DEC @R0 ；（33H）-1
CJNE @R0，#0FFH，JAJ2 ；无借位则转向JAJ2
INC R0 ；指向34H
DEC @R0 ；（34H）-1
CJNE @R0，#0FFH，JAJ2 ；无越界，则转JAJ2
CLR TR0 ；发生越界，停定时器
LCALL BAOJING ；调报警子程序
JAJ2： SETB EA ；开中断
CJNE R3，#35H，JAJ5 ；不是加速则转JAJ5
MOV R0，#35H ；指向加速步数低位35H
DEC @R0 ；加速步数减1
CJNE @R0，#0FFH，JAJ3 ；无借位，则转JAJ3
INC R0 ；指向36H
DEC @R0 ；（36H）-1
JAJ3： DJNZ R2，JAJ4 ；判断该级步数是否走完
INC R1 ；走完，速度升一级
MOV A，R1 ；计算级步数
MOV B，#N ；立即数N
MUL AB
MOV R2，A ；保存级步数
JAJ4： MOV A，35H ；检查加速步数=0
ORL A，36H
JNZ JAJ10 ；不等于0，转向JAJ10
MOV R3，#37H ；等于0，加速结束，指针指向恒速 SJMP JAJ10
JAJ5： CJNE R3，#37H，JAJ7 ；不是恒速则转JAJ7
MOV R0，#37H ；指向恒速步数低位37H
DEC @R0 ；恒速步数减1
CJNE @R0，#0FFH，JAJ6
INC R0
DEC @R0
CJNE @R0，#0FFH，JAJ6
INC R0
DEC @R0
JAJ6： MOV A，37H ；检查加速步数=0
ORL A，38H
ORL A，39H
JNZ JAJ10 ；不等于0，转向JAJ10
MOV R3，#3AH ；等于0，恒速结束，指针指向减速 DEC R1 ；减速一级
MOV A，R1 ；计算级步数
MOV B，#N
MUL AB
MOV R2，A ；保存级步数
SJMP JAJ10
JAJ7: MOV R0，#3AH ；指向减速步数低位3AH
DEC @R0 ；减速步数减1
CJNE @R0，#0FFH，JAJ8
INC R0
DEC @R0
JAJ8： DJNZ R2，JAJ9 ；判断该级步数是否走完
DEC R1 ；走完，速度降一级 MOV A，R1 ；计算级步数
MOV B，#N
MUL AB
MOV R2，A ;保存级步数
JAJ9： MOV A，3AH ；检查减速步数=0
ORL A，3BH
JNZ JAJ10 ；不等于0，转向JAJ10
CLR TR0 ；等于0，停定时器
SJMP JAJ11 ；退出
JAJ10： MOV DPTR，#ABC ；指向定时常数存放的首地址
MOV A，R1 ；取速度级数
RL A ；每级定时常数占2个字节，乘2 MOV B，A ；暂存
MOVC A，@A+DPTR ；取定时常数（低8位）
CLR C
ADD A，#09H ；加9个机器周期
CLR TR0 ；停定时器
ADD A，TL0 ；加定时常数（低8位）
MOV TL0，A ；重装定时常数（低8位）
MOV A，B
INC A
MOVC A，@A+DPTR ；取定时常数（高8位）
ADDC A，TH0 ；加定时常数（高8位）
基于单片机的步进电机课程设计报告
设计题目：基于单片机的步进电机控制系统设计 设计目的： 综合运用所学的《单片机原理及应用》的理论知识，通过实践加强对所学知识的理解，具备设计单片机应用设计系统的能力。以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的正转和反转，加速和减速。并在LED 数码管显示器上显示步进电机转速。通过了解系统的软硬件构成及其特点，详细掌握怎样通过单片机控制其输出来控制步进电机的运转，并对应地在数码管上显示出来，更加系统的了解步进电机的组成，工作原理，控制方法。 设计要求： 【1】进行方案论证，说明步进电机控制系统的工作原理 【2】设计控制系统所需的硬件电路，给出电路原理图和元器件清单。 【3】给出软件流程图并编写程序源代码。 【4】完成系统的调试，给出调试结果并分析。 【5】了解单片机的内部结构，组成，学习单片机的工作原理以及内部工作状态，并熟悉在不同时刻，单片机的输入输出情况 【6】了解步进电机的分类和用途，掌握步进电机的内部结构以及工作原理，并学习单片机简单控制步进电机的正转和反转，加速和减速 【7】使用keil和proteus等软件进行系统的仿真，并在开发板硬件上实现。锻炼自己的编程，调试能力。 设计条件： 步进电机的工作原理 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步进电机。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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。称为“步距角”。它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，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，同时也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。 电机的位置和速度与导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定
微机原理课程设计 步进电机的正反转及调速控制分解
课程设计报告 题目步进电机正反转及调速 控制系统的设计 课程名称微机原理及应用 院部名称机电工程学院 专业电气工程及其自动化班级10电气1班 学生姓名管志成 学号1004103027 课程设计地点C304 课程设计学时20 指导教师李国利 金陵科技学院教务处制
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，具有快速启动能力,定位精度高，能够直接接受数字量，因此被广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、精确定位、计算机外围设备等，在现代控制领域起着非常重要的作用。 本设计基于Proteus 7.8设计环境，运用了8086 CPU芯片以及74273芯片、74244芯片和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、按钮、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行调速，不同的按钮对应不同的速度，并且在没有速度按钮按下的时候，步进电机自动切换到停止状态。 关键词：步进电机；正反转；调速控制；ULN2003A芯片；8086微机系统
一、概述 1.1 课程设计的目的 (4) 1.2课程设计的要求 (4) 二、总体设计方案及说明 2.1 系统总体设计方案 (5) 2.2系统工作框图 (5) 三、系统硬件电路设计 3.1 Intel 8086 微处理器的简介 (6) 3.2 步进电机的原理 (7) 3.3 ULN2003A的简介 (8) 3.4 74154芯片简介 (9) 3.5 74LS273芯片简介 (10) 3.6 8086最小系统的设计 (11) 3.7 步进电机及其驱动电路的设计 (12) 3.8 电机状态显示电路的设计 (12) 3.9 输入采样电路的设计 (13) 3.10系统总电路图 (14) 四、系统软件部分设计 4.1 系统流程图 (15) 4.2 系统软件源程序 (16) 4.2.1电机绕组通电顺序设定 (16) 4.2.2 延时子程序设计 (16) 4.2.3 汇编源程序及说明 (16) 五、总结 5.1 系统软硬件的联合调试 (21) 5.2 问题分析和解决方案 (23) 5.3 心得与体会 (23) 六、参考文献 (23) 附录：总电路图 (25)
两相步进电机控制系统设计
综合课程设计 题目两相步进电机 学院计信学院 专业10自动化 班级2班 学生姓名 指导教师文远熔 2012 年12 月28 日
两相步进电机课程设计报告 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被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，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 关键字: 步进电机单片机
步进电机实验报告剖析
北华航天工业学院 课程设计报告（论文） 课程名称：微机控制技术课程设计 设计课题：步进电机的控制系统 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013年06月11日
北华航天工业学院电子工程系 微机控制技术课程设计任务书 姓名：专业：班级： 指导教师：职称：教授时间：2013.6.11 课程设计题目：步进电机的控制系统 设计步进电机单片机控制系统，其功能如下： 1．具有对步进电机的启停、正反转、加减速控制； 2．控制按钮分别为正转、反转、加速、减速、以及停止键； 3．能够通过三位LED数码管（或液晶显示器）显示当前的转动速度，并且由两只不同颜色的发光二极管分别指示正转和反转，因此可以清楚的显示当前转动方向和转速； 4．要求每组选择的步进电机控制字不同； 5．用单片机做控制微机； 应用软件：keil protues 成果验收形式： 1.课程设计的仿真结果 2.课程设计的报告书 参考文献： 【1】张家生. 电机原理与拖动基础【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006. 【2】马淑华，王凤文，张美金. 单片机原理与接口技术【M】.北京：北京邮电大学出版社，2007. 【3】顾德英，张健，马淑华.计算机控制技术【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006. 【4】张靖武，周灵彬. 单片机系统的PROTEUS设计与仿真【M】. 北京：电子工业出版社，2007 第16周 时间 安排 指导教师教研室主任： 2013年06 月11日
内容摘要 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。 关键词：步进电机单片机数码管显示
四相八拍步进电机调速
目录 引言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1步进电机的概述 (2) 1.1.1 步进电机的特点 (2) 1.1.2步进电机的工作原理简述 (2) 1.2四相八拍步进电机 (2) 1.2.1 四相步进电机工作原理 (2) 1.2.2 八拍得工作方式 (4) 1.3单片机概述 (4) 1.3.1 单片机原理简述 (4) 1.3.2 8031单片机 (5) 1.4总体方案设计 (5) 1.4.1 系统的组成 (5) 1.4.2 系统的工作原理 (6) 第2章系统软件设计 (7) 2.1显示子程序的设计 (7) 2.2键盘子程序的设计 (8) 2.3正反转程序流程图 (11) 2.3.1 正反转程序流程图 (11) 2.3.2 转速快慢程序流程图 (14) 2.4定时中断流程图 (17) 2.5语音报警系统 (19) 2.6主程序设计 (20) 参考文献 (23) 致谢 (24)
引言 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，电机则转过一个步距角。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。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。在本设计方案中采用单片机内部的定时器改变脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。 关键词：步进电机，单片机，调速系统
刘国永基于单片机的步进电机控制系统设计
安徽技术师范学院学报,2002,16(4):61～63Journal of Anhui T echnical Teachers College 单片机控制步进电机系统设计 刘国永1 陈杰平2 (1.蚌埠高等专科学校机械电子系,安徽蚌埠 233030;2.安徽技术师范学院工程技术系,安徽凤阳 233100) 摘 要:本文提出了采用单片机控制步进电机方案,可以从键盘输入步进电机相关数据,步进电机根据这些数据来进行工作,并且可根据需要,实时对步进电机工作方式进行设置,具有实时性和交互性的特点。 关键词:单片机;步进电机;系统;设计 中图分类号:TM 301.2 文献标识码:A 文章编号:1007-3302(2002)04-0061-03 目前,步进电机在工业生产及一些仪器上应 用十分广泛,但步进电机的驱动信号往往还是用一些专用的模拟芯片控制器或者是信号发生器来产生,缺乏灵活性、可靠性。在一些智能化要求较高的场合,用模拟芯片控制器及信号发生器来控制步进电机有一定的局限,可以采用单片机控制步进电机以改进其性能。1 实现原理 1.1 分析 以反应式步进电机为例,其典型结构图如图1所示。这是一个四相步进电机,当相控制绕组接通脉冲电流时,在磁拉力作用下使相的定、转子对齐,相邻的B 相和D 相的定、转子小齿错开。若换成B 相通电,则磁拉力使B 相定、转子小齿对齐(转过),而与B 相相邻的C 相和A 相的定、转子小齿又错开,即步进电机转过一个步距角。若按A ※B ※C ※D ※A …规律循环顺序通电,则步进电机按一定方向转动。若改变通电顺序为A ※D ※C ※B ※A ,则电机反向转动。这种控制方式称为四相单四拍。若按AB ※BC ※CD ※DA ※AB 或A ※AB ※B ※BC ※C ※CD ※D ※DA ※A 顺序通电则称为四相双拍或四相单、双八拍。无论采用哪种控制方式,在一个通电循环内,步进电机的转角恒为一个齿距角。所以,可以通过改变步进 收稿日期:2002-10-14 电机通电循环次序来改变转动方向,可以通过改 变通电频率来改变其角频率。运用单片机的输出功能,通过编程实现输出四个信号分别给步进电机的四相A 、B 、C 、D ,并通过输出时信号的循环次序,来设定步进电机的转动方向及输出信号的频率以便设定步进电机的转动频率。 图1 反应式步进电机结构图 1.2 实现原理 采用单片机产生A 、B 、C 、D 的四相信号,当采用单片机进行控制时,需要在单片机和步进电机中间设隔离电路以使强弱电分离。由于步进电机的驱动电流相对较大,可增设放大电路来提供步进电机的工作电流。系统电路由五部分组成,即单片机、隔离、放大、电源及步进电机。2 硬件部分设计2.1 单片机电路 为减少成本,本系统采用8031单片机,为了便于升级,采用27256EPROM ;另外,扩展RAM
步进电机调速
摘要 本文介绍的是在DICE-AT2型自控原理实验箱上，通过编写汇编语言实现对步进电机转速的调节以及正转—停止—反转的控制。 在试验箱上将电路搭好，打开软件，输入程序，将宏汇编程序经过汇编，连接后形成.EXE文件装入系统，运行程序观察电机转速及转向的变化。 程序运行后电机的变化跟预期相符，各项步骤运行正常。 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步进电机件。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，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，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 关键词：步进电机；汇编编程；8088cpu；计算机控制
Abstract Is introduced in this paper on the DICE - AT2 control principle experiment box, by writing assembly language implementation of the stepping motor speed regulation and control forward, stop, reverse. In test chamber, general layout is good, open software, input program, the macro assembler after assembly, connection formation. EXE file into the system, run the program to observe the changes of motor speed and steering. Program is running after the change of the motor with expectations, the various steps to run normally. Stepper motor is the electrical pulse signal into angular displacement or linear displacement of open loop control stepping motor. Stepper motor as the executive element, it is one of the key products of electromechanical integration, widely used in all kinds of automation control system. With the development of microelectronics and computer technology, step ? Keywords:Stepping motor; Assembler programming; 8088 CPU; The computer control
步进电机细分控制(英文)
1/17 AN1495 APPLICATION NOTE 1INTRODUCTION Microstepping a stepper motor may be used to achieve one or both of two objectives; 1) increase the position resolution or 2) achieve smoother operation of the motor. In either case the basic the-ory of operation is the same. The simplified model of a stepper motor is a permanent magnet rotor and two coils on the stator separated by 90 degrees, as shown in Figure 1. In classical full step operation an equal current is delivered to each of the coils and the rotor will align itself with the resulting magnetic vector along one of the 45 degree axis. To step the motor, the current in one of the two coils is reversed and the rotor will rotate 90 degrees. The complete full step sequence is shown in figure 2. Half step drive,where the current in the coil is turned off for one step period before being turned on in the opposite direction, has been used to double the step resolution of a motor. In either full and half step drive,the motor can be positioned only at one of the 4 (8 for half step) defined positions.[4][5] Therefore,the number of steps per electrical revolution and the number of poles on the motor determine the resolution of the motor. Typical motors are designed for 1.8 degree steps (200 steps per revolution)or 7.5 degree steps (48 steps per revolution). The resolution may be doubled to 0.9 or 3.75 degrees by driving the motor in half step. Further increasing the resolution requires positioning the rotor at positions between the full step and half step positions. Figure 1. Model of stepper motor MICROSTEPPING STEPPER MOTOR DRIVE USING PEAK DETECTING CURRENT CONTROL Stepper motors are very well suited for positioning applications since they can achieve very good positional accuracy without complicated feedback loops associated with servo sys-tems. However their resolution, when driven in the conventional full or half step modes of operation, is limited by the configuration of the motor. Many designers today are seeking alternatives to increase the resolution of the stepper motor drives. This application note will discuss implementation of microstepping drives using peak detecting current control where the sense resistor is connected between the bottom of the bridge and ground. Examples show the implementation of microstepping drives with several currently available chips and chip sets. REV . 2AN1495/0604
机器人课程设计报告范例
机器人课程设计报告范例
**学校 机器人课程设计名称 院系电子信息工程系 班级10电气3 姓名谢士强 学号107301336 指导教师宋佳
目录 第一章绪论 (2) 1.1课程设计任务背景 (2) 1.2课程设计的要求 (2) 第二章硬件设计 (3) 2.1 结构设计 (3) 2.2电机驱动 (4) 2.3 传感器 (5) 2.3.1光强传感器 (5) 2.3.2光强传感器原理 (6) 2.4硬件搭建 (7) 第三章软件设计 (8) 3.1 步态设计 (8) 3.1.1步态分析： (8) 3.1.2程序逻辑图： (9) 3.2 用NorthStar设计的程序 (10) 第四章总结 (12) 第五章参考文献 (13)
第一章绪论 1.1课程设计任务背景 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成．这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统现在机器人普遍用于工业自动化领域，如汽车制造，医疗领域，如远程协助机器人，微纳米机器人，军事领域，如单兵机器人，拆弹机器人，小型侦查机器人（也属于无人机吧），美国大狗这样的多用途负重机器人，科研勘探领域，如水下勘探机器人，地震废墟等的用于搜查的机器人，煤矿利用的机器人。如今机器人发展的特点可概括为：横向上，应用面越来越宽。由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明 1.2课程设计的要求 设计一个机器人系统，该机器人可以是轮式、足式、车型、人型，也可 以是仿其他生物的，但该机器人应具备的基本功能为：能够灵活行进，能感知光源、转向光源并跟踪光源；另外还应具备一项其他功能，该功能可自选（如亮灯、按钮启动、红外接近停止等）。 具体要求如下： 1、根据功能要求进行机械构型设计，并用实训套件搭建实物。 2、基于实训套件选定满足功能要求的传感器； 3、设计追光策略及运动步态； 4、用NorthStar设计完整的机器人追光程序；
PID步进电机的调速
一、PID控制系统 PID是比例,积分,微分的缩写。 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数T ,T i 越小，积分作用就越强。反之T大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID 控制器。
二阶系统数学模型 二阶系统方框图如下图所示 R(s) E(s) C(s) *0 图2-2标准形式二阶系统结构图 二阶系统闭环传递函数的标准形式 _ C(s) _ R(s) (2-1) 得出自然频率（或无阻尼振荡频率） (2-2) 阻尼比 ':=^/T TK (2-3) 令式（2-1 ）的分母多项式为零，得二阶系统的特征方程 s 2 ? 2 — n …J =0 (2-4) 其两个根（闭环极点）为 (2-5) 显然，二阶系统的时间响应取决于 和二这两个参数。应当指出对于结构和功用不同 的二阶系统，?和*冷的物理含意是不同的 s i 、 2
步进电机控制系统设计
文理学院芙蓉学院课程设计报告 课程名称：专业综合课程设计 专业班级：自动化1001班学号：40 学生：志航 指导教师：建英 完成时间： 2013年 6月13 日 报告成绩： 芙蓉学院教学工作部制
摘要 本文先介绍了混合式步进电机的结构和工作原理，分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用，论述了正弦波细分驱动可以实现等步距角、等力矩均匀细分驱动的原理，提出了一种基于H桥和其他分立元件分配脉冲的驱动技术，该方案可实现步进电机的单拍、半拍、双拍三种工作方式。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、液晶显示电路组成，单片机是控制系统的核心。文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。 关键词：单片机；正弦脉宽调制；混合式步进电机；细分驱动
Abstract In this paper, the working principle and configuration of three-phase hybrid Stepper are introduced, then based on technologies such as stepper motor controller, PWM inverter and microcontroller. In the thesis, we develop a single chip computer -based digital controlling system for a three-phase hybrid stepper motor that is mainly constructed from a AT89C51 single chip computer and ST7920IC which is used as the core of control parts. The system's whole architecture, the design of hardware and software are introduced in detail. KEY WORDS: Microcontroller，SPWM，Hybrid stepper motor，Micro-stepping driver
控制步进电机调速系统实验报告
华北科技学院计算机系综合性实验 实验报告 课程名称微机原理及应用 实验学期 2011 至 2012 学年第二学期学生所在系部电子信息工程学院 年级 2009 专业班级 学生姓名学号 任课教师 实验成绩 计算机系制
《微机原理及应用》课程综合性实验报告 开课实验室：计算机接口实验室2012年5月29日 实验题目微机控制步进电机调速系统 一、实验目的 1、了解计算机控制步进电机原理 2、掌握步进电机正转反转设置方法 3、掌握步进电机调速工作原理及程序控制原理 二、设备与环境 TPC-2003A 微机。 Vc++编译器。 三、实验内容 硬件接线图参考实验指导书。 软件编程在TPC-2003A自带的VC++编译环境下使用。 在通用VC++下编程，需要拷贝相关的库文件。 用汇编语言编写控制程序需注明原理。 四、实验结果及分析 1、实验步骤 1、按如下实验原理图连接线路，利用8255输出脉冲序列，开关K0～K6控制步进电机转速，K7控制步进电机转向。8255 CS接288H～28FH。PC0～PC3接BA～BD；PA口接逻辑电平开关。 2、编程：当K0～K6中某一开关为“1”（向上拨）时步进电机启动。K7向上拨电机正转，向下拨电机反转。 实验原理图
2.实验结果 按照实验步骤连接实验电路，检查无误后运行程序。可以看到，当开关k0到k6依次为高电平时，电机转速越来越慢，k0闭合时速度最快，k6闭合时速度最慢，当k0到k6的低位有闭合时，步进电机按最低位的转速运行，因为程序中的查询方式是从k0-k6，即在程序的优先级别中k0的级别是最高的而k7的优先级别是最低的。k7控制电机的正转与反转。 3.实验分析 （1）步进电机的工作原理： 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，电机则转过一个步距角。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。 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动 电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 如图(b)所示：本实验使用的步进电机用直流＋5V 电压，每相电流为0.16A，电机线圈 由四相组成：即： φ1（BA） φ2（BB） Φ3（BC） Φ4（BD） 驱动方式为二相激磁方式，各线圈通电顺序如下表所示。图（b） 表中首先向φ1 线圈－φ2 线圈输入驱动电流，接着φ2－φ3，φ3－φ4，φ4－φ1，又返回到φ1－φ2，按这种顺序切换，电机轴按顺时针方向旋转。 实验可通过不同长度的延时来得到不同频率的步进电机输入脉冲，从而得到多种步进速度。
步进电机实验报告
单片机实验 课程名称：步进电机表实验 授课班级：2010级自动化三班 任课教师：文远熔 计划学时：32学时 实验组员：张藤耀赵福亮王聪慧 秦菱蔚梁钦郑欢
目录 摘要………………………………………………………………………… 第一章概述…………………………………………………………………………………………. 1.1实验目的………………………………………………………………………… 1.2实验要求………………………………………………………………………… 1.3步进电机的介绍…………………………………………………………………… 1.4 研究思路………………………………………………………………………… 第二章硬件设计………………………………………………………….. 2.1 51单片机介绍…………………………………………………………………… 2.2 UIN2003A…………………………………………………………………………… 2.3 ZLG7290…………………………………………………………………………… 2.3.1 7290工作原理………………………………………………………………… 2.3.2 7290引脚图…………………………………………………………………… 第三章相关图像………………………………………………………………. 3.1 总电路图……………………………………………………………………… 3.2 7290控制数码管……………………………………………………………………… 3.3 程序流程图………………………………………………………………………… 3.3.1 控制框图………………………………………………………………………… 3.3.2 流程图………………………………………………………………………… 第四章调试………………………………………………………………………第五章心得体会…………………………………………………………………附录【一】系统程序……………………………………………………………附录【二】参考文献…………………………………………………………….
步进电机工作原理、驱动控制系统与选型
步进电机工作原理、驱动控制系统与选型 一、感应子式步进电机工作原理 （一）反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3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1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图： 2、旋转： 如A相通电，B，C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相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。 如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（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，A……通电，
电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，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-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24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1/m,2/m……(m-1)/m,1。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，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力 F与（dФ/dθ）成正比 其磁通量Ф=Br*S ；Br为磁密；S为导磁面积； F与L*D*Br成正比；L为铁芯有效长度；D为转子直径；Br=N·I/RN·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 （二）感应子式步进电机
步进电机驱动方式(细分)概述
步进电机驱动方式（细分）概述 众所周知，步进电机的驱动方式有整步，半步，细分驱动。三者即有区别又有联系，目前，市面上很多驱动器支持细分驱动方式。本文主要描述这三种驱动的概述。 如下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。 既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。下图是两相步进电机的电流合成示意图。其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。 有了以上的步进电机背景描述后，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆(360°)分割的粗细程序不同。 整步驱动 对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6°。
下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图： 由上图可知，整步驱动每一时刻只有一个相通电，所以这种驱动方式的驱动电路可以是很简单，程序代码也是相对容易实现，且由上图可以得到电机整步驱动相序如下： BB’→A’A→B’B→A A’→B B’ 下图是这种驱动方式的电流矢量分割图： 可见，整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份。 下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图： 可以看出，整步驱动描出的正弦波是粗糙的。使用这种方式驱动步进电机，低速时电机会抖动，噪声会比较大。但是，这种驱动方式无论在硬件或软件上都是相对简单，从而驱
微机原理步进电机控制课程设计报告
科技大学 课程设计报告 学生：学号： 专业班级： 课程名称： 学年学期：2 0 —2 0 学年第学期 指导教师： 20 年月
课程设计成绩评定表
目录 一、设计题目………………………………………………………………. 二、设计目的………………………………………………………………. 三、设计原理及方案……………………………………………………….
四、实现方法………………………………………………………………. 五、实施结果………………………………………………………………. 六、改进意见及建议………………………………………………………. 七、设计体会………………………………………………………………. 、 一、设计题目 编程实现步进电机的控制 二、设计目的 1.了解步进电机控制的基本原理 2.掌握控制步进电机转动的编程方法 3.了解8086控制外部设备的常用电路 4.掌握8255的使用方法 三、设计原理及方案 3.1设计原理 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换（实验中的步进电机有四相线圈，每次有二相线圈有电流，有电流的相顺序变化），来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 利用8255对四相步进电机进行控制。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A…），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB…），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A…）等。 通过编程对8255的输出进行控制，使输出按照相序表给驱动电路供电，则步进电机的输入
步进电机控制系统设计
目录 第1章 DSP步进电机控制系统简介 (1) 1.1 TMS320LF2407 DSP简介 (1) 1.2两相步进电机结构 (2) 1.3两相步进电机的原理 (3) 1.4两相步进电机的供电方式 (3) 第2章 DSP硬件系统设计 (4) 2.1 系统总框图 (4) 2.2 各硬件介绍 (4) 2.2.1 TMS320LF2407芯片说明 (4) 2.2.2电源电路 (5) 2.2.3复位电路 (6) 2.2.5 LED电路 (7) 2.2.6 RAM (7) 2.2.7 步进电机驱动电路 (8) 2.2.8 74LS08电路 (9) 第3章软件设计 (10) 3.1 程序设计思路 (10) 3.2 程序流程图 (10) 3.3 程序设计 (11) 3.3.1 初始化程序 (11) 3.3.2 键盘扫描程序 (12) 3.3.3 中断服务程序 (13) 3.3.4 主程序 (14) 第4章编程与调试 (18) 4.1 调试步骤 (18) 4.2 调试结果 (19) 第5章致谢与总结 (20) 附录 (21) 总电路原理图 (21) 参考文献 (22)
第1章 DSP步进电机控制系统简介 1.1 TMS320LF2407 DSP简介 TMS320LF240x系列DSP是专为数字电机控制和其它控制系统而设计的。它内部不但有高性能的C2xx CPU内核，配置有高速数字信号处理的结构，且有单片电机控制的外设。TMS LF2407将数字信号处理的高速运算功能与面向电机的强大控制功能结合在一起，成为传统的多微处理器单元和多片系统的理想替代品，可用于控制功率开关转换器，可提供多电机的控制等。TMS LF2407采用诸如自适应控制、卡尔曼滤波和控制等先进的控制算法，支持多项式的高速实时算法，因而可减少力矩纹波、降低攻耗、减少振动，从而延长被控设备的寿命，TMS320LF2407采用4级流水线结构与改进的哈佛结构。片内外设及存储器资源如下: （1）双8路或单16路的10位A/D转换器，转换时间为375ns（该指标视型号而不同）。 （2）片内存储器：32K字闪存、2.5K字RAM，其中包含544字的双端口RAM(DARAM)，2K字的单端口RAM(SARAM)。 （3）41个可独立编程的多路复用I/O引脚。 （4）两个事件管理器EV A、EVB，适用于控制各种类型的电机，为工业自动化方面的应用奠定了基础。两个事件管理器EV A、EVB包含有如下资源：2个16位通用定时器；8个16位PWM通道；对外部事件进行定时捕捉的3个捕捉单元，其中2个具有直接与光电编码器输出脉冲相连接的能力；防止击穿故障的可编程PWM死区控制。 （5）串行通信接口SCI模块。 （6）串行外设接口SPI模块。 （7）带锁相环PLL的时钟模块。 （8）5个外部中断（复位、两个驱动保护中断与两个可屏蔽中断）。
步进电机调速系统的设计与实现
目录 摘要 (1) ABSTRACT (2) 第1章绪论 (1) 1.1课题研究的目的和意义 (1) 1.2国内外研究概况 (1) (2) 第2章步进电机系统设计方案 (2) 2.1步进电机的概述 (2) 2.2步进电机的驱动方式论证 (3) 2.3 步进电机运行控制 (6) 第3章系统硬件设计 (9) 3.1主控芯片介绍 (9) 3.2驱动电路 (11) (12) 3.4显示电路设计 (12) 3.5按键设计 (13)
第4章系统软件设计 (13) 4.1主程序设计 (13) 4.2按键子程序 (15) 第5章系统仿真与调试 (15) 5.1系统的仿真 (15) 5.2系统的调试 (16) 总结 (16) 参考文献 (17) 致谢 (18) 附录 (18)
摘要 步进电机有启动快、步进精确、定位准等特点。随着现在自动化的需求，步进电机的应用已经非常广泛，在现在的自动化工厂中，起着重要的作用。 利用Proteus软件，进行电路的搭建和仿真。以单片机为核心通过连接外围电路组成控制步进电机调速的控制系统，通过方向信号，改变步进电机的旋转方向，调节频率，从而改变速度。本文通过介绍驱动电路，从中选择驱动方式，从而实现步进电机的细分驱动功能，确定步进电机的运行方式，并详细介绍了细分驱动电流的计算方法，细分能使步进电机的运行更稳定可靠，减少运行噪音。其中驱动电路的核心是以TB6560AHQ芯片搭建的电路，转速能达到五个级别的调速范围，最高转速能达到500多转。最后进行仿真，然后画出相对应的PCB板进行焊接，完成相应的实物。整个设计思路还是比较简单，操作容易，成本也比较低。 关键词：步进电机；单片机；细分驱动