步进电机课程设计

吉首大学信息科学与工程学院课程设计报告书

课程模拟电子技术基础

课题：步进电机驱动电路

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指导教师：

基地指导教师：

2014年6 月

一、项目介绍与设计目的

步进电动机和步进电动机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电动机驱动系统的性

能，不但取决于步进电动机自身的性能，也取决于步进电动机驱动器的优劣。对步进电动机驱动器的研究几乎是与步进电动机的研究同步进行的。

二、设计方案

1．项目环境要求

51单片机

Keil uVision4

proteus

2．项目功能模块

3．设计内容 步进电机工作的原理是：步进电动机将电脉冲信号转换成直线位移或角度位移。步进电动机的运动由一系列电脉冲信号控制完成的。单片机每输出一个脉冲，步进电机就转动一个角度或前进一步，它的位移与输入脉冲的数目成正比，它的速度与脉冲频率成正比。

L297,L298作为电机的控制模块 51单片机

软件 步进电机 控制 驱动 控制

分类

反应式步进电动机：也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电动机。其定子和转子均由软磁材料制成，定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组，定、转子周边均匀分布小齿和槽，通电后利用磁导的变化产生转矩。一般为三、四、五、六相；可实现大转矩输出（消耗功率较大，电流最高可达20A，驱动电压较高）；步距角小（最小可做到10’）；断电时无定位转矩；电机内阻尼较小，单步运行（指脉冲频率很低时）震荡时间较长；启动和运行频率较高。

永磁式步进电动机：通常电机转子由永磁材料制成，软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组，定、转子周边没有小齿和槽，通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转矩。一般为两相或四相；输出转矩小（消耗功率较小，电流一般小于2A，驱动电压12V）；步距角大（例如7.5度、15度、22.5度等）；断电时具有一定的保持转矩；启动和运行频率较低。

混合式步进电动机：也叫永磁反应式、永磁感应式步进电动机，混合了永磁式和反应式的优点。

步进电机的静态指标

相数——电机内部的线圈组数

步距角——表示系统每发一个步进脉冲信号，电机所转的角度。

拍数——完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过一个步距角所需脉冲数。

定位转矩——电机在不通电状态下，转子自身的锁定力矩。

保持转矩——步进电机通电但没有转动时，定子锁定转子的力矩。

步距角精度——步进电机没转过一个步距角的实际值与理论值的误差，用百分比表示：误差/步距角×100%。

失步——电机运转时运转的步数不等于理论上的步数。

失调角——转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度。

共振点——步进电机有固定的共振区域，其共振区一般在50r/min~80r/min或在180r/min左右。

L297是步进电机专用控制器，它能产生4相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机。芯片内的PWM 斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流。

L297各引脚功能说明：

1脚(SY N C)——斩波器输出端。如多个297同步控制，所有的S Y N C端都要连在一起，共用一套振荡元件。如果使用外部时钟源，则时钟信号接到此引脚上。2脚(GND)——接地端。

3脚（HOME）——集电极开路输出端。当L297在初始状态(ABCD=0101)时，此端有指示。当此引脚有效时，晶体管开路。

4脚（A）——A相驱动信号。

5脚(INH1)——控制A相和B相的驱动极。当此引脚为低电平时，A相、B相驱动控制被禁止；当线圈级断电时，双极性桥用这个信号使负载电源快速衰减。

若CONTROL端输入是低电平时，用斩波器调节负载电流。

6脚（B）—B相驱动信号。

7脚(C)——C相驱动信号。

8脚(INH2)——控制C相和D相的驱动级。作用同I N H1相同。

9脚(D)——D相驱动信号。

10脚（ENABLE）——L297的使能输入端。当它为低电平时，INH1，INH2，A，B，C，D都为低电平。当系统被复位时用来阻止电机驱动。

11脚(CONTROL)——斩波器功能控制端。低电平时使INH1和I N H2起作用，高电平时使A，B，C，D起作用。

12脚(Vcc)——+5V电源输入端。

13脚(SENS2)——C相、D相绕组电流检测电压反馈输入端。

14脚(SENS1)——A相、B相绕组电流检测电压反馈输入端。

15脚(V r e f)——斩波器基准电压输入端。加到此引脚的电压决定绕组电流的峰值。

16脚(OSC)——斩波器频率输入端。一个RC网络接至此引角以决定斩波器频率，在多个L297同步工作时其中一个接到RC网络，其余的此引角接地，各个器件的脚I 。

17脚(CW/CCW)—方向控制端。步进电机实际旋转方向由绕组的连接方法决定。当变此引脚的电平状态时，步进电机反向旋转。

18脚(C L O C K)——步进时钟输入端。该引脚输入负脉冲时步进电机向前步进一个增量，该步进是在信号的上升沿产生。

19脚(HALF/FULL)——半步、全步方式选择端。此引脚输入高电平时为半步方式（四相八拍)，低电平时为全步方式。如选择全步方式时变换器在奇数状态，

会得到单相工作方式(单四拍)。

20脚(RESET)——复位输入端。此引脚输入负脉冲时，变换器恢复初始状态(A B C D=0101)。

（3）L298

L298N内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准T T L逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。

软件程序

#include "reg52.h"

unsigned char code f[8]={0xf1,0xf3,0xf2,oxf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9}; //步进电机相序表void delay(unsigned int t);

//步进电机驱动

void motor_ffw()

{

unsigned char i;

for(i=0;i<8;i++) //一个周期转3.75*8=30度

{

P1=f[i]&0x1f; //取数据并屏蔽P1口的高4位

delay(30); //调节转速

}

}

//延时函数

void delay(unsigned int t)

{

unsigned int k;

while(t--)

{

for(k=0;k<80;k++) //用for的空循环延长程序的执行时间

{}

}

}

//主函数

main()

{

while(1)

{

motor_ffw(); //调用旋转处理函数

}

}

元器件清单

步进电机专用控制器L297 1个

步进电机专用控制器L298 1个

IN5822 8个LED 2个

0.1uF电容 2个

470uF/35v 电容 1个

100uF/25V 电容 1个

3.5nF电容 2个470电阻 3个

1.8K电阻 1个

22K 电阻 1个

18K 电阻 1个

0.5E 3W 电阻 2个

5K电位器 1个

三、总结和分析

通过此次步进电机驱动电路的设计，我们组的组员了解到自己对专业知识的不足。但在其他同学的帮助下，我们搜集到了很多资料，包括视频，文档，书籍等。这是我们第一次接触单片机，开始做起来有点费力，在网上找到了一些关于单片机的视频，还有代码的书写，格式，装再进入单片机。而在硬件方面，我们采用的是Proteus这款仿真软件，驱动电动机的驱动器我们用的是意大利SGS公司生产的L297和L298,开始不懂如何操作，后来在画图的时候出现了断路的情况。只能说这次的课程设计让我们学到很多平常在课堂上学不到的知识，让我们受益匪浅。

参考资料

51单片机C语言教程，

（红树伟业）第三代电机驱动模块

普中科技单片机开发仪视频教程