步进电机控制电路
步进电机控制电路及应用程序
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。
每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。
步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。
因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。
步进电机主要是由定子、定子绕组和转子组成。
涉及的基本概念如下：1.相——步进电机有几个定子绕组（线圈）就是几相。
2.线——步进电机引出有几根连接的导线。
3.极性——分为单极性和双极性。
如果步进电机的线圈是可以双向导电的，那么这个步进电机就是双极性的，相反，如果步进电机的线圈是只允许单向导电的，那么这个步进电机就是单极性的。
4.极数——每个电机每相含有的磁极个数就是极数。
由于磁极是成对出现的，所以电机有2、4、6、8……极之分。
步进电机结构示意图步进电机分类——按结构分类反应式反应式步进电机定子上有绕组、转子由软磁材料组成。
结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
噪声振动大，多为三相。
永磁式永磁式步进电机永磁式步进电机的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（一般为7.5°或15°）。
混合式混合式步进电机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，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。
二相和五相。
步进电机分类——按定子绕组步进电机按定子上绕组来分，共有二相、三相、四相和五相等系列。
最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。
该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍（0.007°/微步）。
s7-200步进电机控制s-200步进电机控制s7-200步进电机控制s7-200步进电机控制
PTOx_RUN子程序（运行轮廓）
• PTOx_RUN子程序（运行轮廓）命 令PLC执行存储于配置／轮廓表的 特定轮廓中的运动操作。开启EN位 会启用此子程序。在懲瓿蓲位发出 子程序执行已经完成的信号前，请 确定EN位保持开启。
• 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。
• 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。
• Error（错误）参数包含本子程序的结果。 如果PTO向导的HSC计数器功能已启用， C_Pos参数包含用脉冲数目表示的模块； 否则此数值始终为零。
编程
运行。 • 脉宽时间 = 0 占空比为0%：输出关闭。 • 周期 < 2个时间单位 周期的默认值为两个时间单
位。
• PTO操作
• PTO为指定的脉冲数和指定的周期提供方 波（50%占空比）输出。PTO可提供单脉冲 串或多脉冲串（使用脉冲轮廓）。您指定 脉冲数和周期（以微秒或毫秒递增）。
• 周期范围从10微秒至65,535微秒或从2毫秒 至65,535毫秒。
产生一个高速脉冲串或一个脉冲调制波形。 • Q0.0 • Q0.1
• 当Q0.0/Q0.1作为高速输出点使用时，其普 通输出点禁用，反之。
步进电动机的正反转控制电路设计
新疆农业大学机械交通学院《单片机技术与应用》课程设计说明书题目：步进电动机的正反转控制电路设计专业班级：电气工程及其自动化104班学号：学生姓名：指导教师：时间：2013年6月目录一、设计目的 (1)二、设计内容 (1)三、设计步骤 (1)1．硬件电路设计 (1)1.1．硬件电路组成框图 (1)1.2．各单元电路及工作原理 (2)1.3.绘制原理图 (5)1.4.元件计算 (5)1.5.元件清单列表 (6)2.程序设计 (6)2.1绘制程序流程图 (6)2.2汇编程序 (8)四、调试与仿真 (9)五、硬件调试结果 (11)六、心得体会 (13)谢辞.............................................. 错误!未定义书签。
参考文献： (14)步进电动机的正反转控制电路设计一、设计目的通过课程设计，培养学生运用已学知识解决实际问题的能力、查阅资料的能力、自学能力和独立分析问题、解决问题的能力和能通过独立思考。
二、设计内容采用80C51单片机对步进电机进行控制，通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，控制步进电机实现正转，反转。
用按钮开关控制步进电机的转向，设两个开关其中一个按钮被按下时步进电机正转另一个按钮被按下时，则步进电机反转。
用数码管显示步进电机的转动方向，当电机正转时数码管显示CC，反转时显示AA。
三、设计步骤1．硬件电路设计1.1．硬件电路组成框图因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。
用软件控制单片机产生脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是两相的，所以只需要P1口的低四位 P1.0~P1.3分别接到电机的四根电线上。
可以通过调整输出脉冲的频率来调整电机的转速，通过改变输入脉冲的顺序来改变转动方向，P0口接LED数码管，可以显示当前的电机转速和转向，设置复位键可使正在转动的电机停止转动，大概可分为如下图所示的几部分。
步进电机的控制原理
步进电机的控制原理步进电机是一种高精度的电动执行器，具有定位准确、不需反馈器和转矩、速度和位置控制的特点，广泛用于数码设备、计算机和机器人控制等领域。
步进电机的控制原理包括三部分：输入信号、驱动电路和电机转动。
一、输入信号步进电机的输入信号有两种：脉冲信号和方向信号。
脉冲信号是由控制器发送给驱动电路的，用来控制电机的转动步数和速度。
步进电机的每一步运动需要一定的脉冲信号，具体步数由控制器编程决定。
方向信号则表示电机转动的正、反方向，一般由控制器通过电平高低来控制。
输入信号是步进电机运动的基础，只有正确的输入信号才能实现精准控制。
二、驱动电路步进电机的控制需要依赖驱动电路，一般为双H桥驱动电路。
它能够根据输入信号的变化，控制步进电机的相序和电流大小，从而实现电机的精准控制。
驱动电路是整个控制系统的核心部分，不同类型的步进电机需要不同的驱动方式，因此制定相应的驱动电路是十分重要的。
三、电机转动步进电机的转动是由驱动电路提供的电流产生的磁场、轴承和转子间的相互作用实现的。
不同类型的步进电机其转动的方式也不同，如单相、两相、五相、六相等。
不同类型的步进电机也需要不同的驱动方式，否则会导致控制不准确或失步。
综上所述，步进电机的控制原理需要在三个方面进行开展：输入信号、驱动电路和电机转动。
只有以正确的方式输入信号，配合正确的驱动电路和电机类型，才能实现精准的电机控制。
在实际应用中，我们需要根据具体情况来选择不同类型的步进电机和相应的控制方式，以实现最优控制效果。
步进电机工作原理及控制电路
//按键标志变量
flag1=0;
//步进数标志变量
init();
//液晶初始化子程序
while(1)
{
keyscan();
//键盘扫描子程序
if(flag==1)
{
zz();
//正转子程序
}
else if(flag==3) {
fz(); } writebjs(8,count); } }
//反转子程序
it 动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。励
磁顺序： A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A
A-B 表4.3 1-2 相励磁法
步进电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至 其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。 下面介绍的是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度。电 机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式，电机示意图 和各线圈通电顺序如图4.2和表4.1所示：
6
法增大起动电流，以提高步进电机转动力矩，即提高其工作频率。由于步进电机
是感性负载，所以进入绕组的电流脉冲是以指数形式上升，即这时电流脉冲i为：
i = IH (1 − e−1/Tj )
(4.4)
公式
其中：i是电流脉冲瞬时值；
IH 是在开关回路电压为u时的电流稳态值；
Tj 是开关回路的时间常数，Tj = L / ( RL + RC )
θ s = 2Π / Nrk
公式（4.1） 或
θ s = 360o / Nrk
公式（4.2）
其中：k是步进电机工作拍数，Nr是转子的齿数。
步进电机的驱动控制电路
绕组电 流小了， 输出转矩就会以12关系下降 1 21。此外， 在绕组电流截止时， 相绕组地两端 还会产生很高的反电动势。为提高步进电机 系统的性能和效率， 一般对驱动电路具有如 下要求: ①通电周期内能提供足够大的矩形波或 接近矩形波的电流。 ② 具有截止电流泻放回路， 以降低相绕组 两端的反电动势， 加快电流的衰减。 ③驱动电源效率高、功耗低， 运行稳定
蓄雾 蓄粼蹂。动路斩曝 盘瓷 严电 波 曹
，引言 步进电 机又称为脉冲电 它 机， 能将脉冲信 号变 换为 相应的角位移或直线位移， 输出 且 转 角、 转速与 输入脉冲的 个数、 频率有着严格的 同步关系川。由于步进电机能直接接受数字 量输入， 所以特别适合于微机控制。作为数字
控制系统中的重要执行组件， 步进电机广泛应 用于自 动指示装置、 数控机床、 计算机巡回检 测等多种领域中， 但一般数字电路的信号能量 不足以驱动步进电机， 因此需利用专门的电路 来驱动步进电机川。随着电力电子技术、自 动控制技术以及计算机技术的发展， 步进电机 驱动技术也得到 了 快速发展， 国内外对步进电 机驱动电路也进行了大量的研究和开发工作。
图3 高低压驱动
图1 步进电机驱动控制器
2 .2 工作要求 步进电机的励磁绕组是一个电感线圈， 其电感L 与励磁回路总电阻R 之比称为电机 驱动回路的时间常数 T ， T = L/ R 。当步 即 进脉冲频率较低时，的影响可以不考虑， ( 电 机每走一步， 其相电流基本可以达到最大值。 当步进脉冲频率较高时， 的影响不能忽略， T 因为电机绕组中的电流是按指数规律 上 升 的， 大约经过 3 r 一5 T 的时间， 电流才能达 到稳态值。当步进脉冲频率较高， 使绕组通 电时间小于 3(时， 电机绕组的各相电流 1就 没有机会达到最大值， 而电机的转矩 MOC12,
大功率步进电机的控制驱动电路
大功率步进电机的控制驱动电路2009-11-20由于步进电机的转速仅取决于脉冲频率，不受电压高低、电流大小及其波形的影响，也不受环境温度变化的影响。
步进电机的步矩误差不会长期积累，每转一周积累误差就自动变为零。
具有自锁能力，定位精度高。
当某相或某几相绕组处于通电状态，转子即可被锁住。
由于能自锁，电机可停在一些稳定平衡位置上，因此即使开环控制，步进电机也有较高的定位精度。
所以在数字控制系统中得到广泛的应用。
步进电机的驱动是通过各相有节拍的通断电流来实现的，电机是感性负载，为了快速建立相应电枢电流，输入电压必须达到一定的值，但当电枢电流达到额定值之后，流过电机的相电流较大，在在回路中，必须串接限流电阻。
对于大功率步进电机，其限流电阻上的发热功率很大，不仅驱动效率低，而且散热很难解决。
为解决此问题，设计了采用高低压驱动电路的脉冲发生器、脉冲计数器和环形分配器。
1 驱动电路1.1 脉冲产生电路555定时器构成多谐振荡器来产生脉冲如图1所示。
接通电源后，电容被充电，Vc上升，当Vc上升到2／3Vcc时，触发器被复位，同时放电BJTT导通，此时Vo为低电平，电容C 通过R2和T放电，使Vc下降。
当Vc下降到1／3 时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。
电容器C放电所需时间为：tPL=R2Cln2≈0.7R2C当C放电结束时，T截止，Vcc将通过R1，R2向电容器C充电，Vc由1／3Vcc 上升到2／3Vcc 所需的时间为：tPH=(R1+R2)Cln2≈0.7(R1+R2)C当电容C上的电压Vc上升到2／3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为：f=1／(tPL+tPH)≈1.43／(R1+2R2)C式中tPL - 电容C通过R 的放电时间tPH - Vcc通过R1，R2向电容C的充电时间由于555定时器内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。
四相八拍步进电机控制电路
四相八拍步进电机控制电路
步进电机在各种自动控制领域中有着广泛的应用，它通过精确的位置控制和简单的控制电路设计，实现了高效的运行。
在步进电机中，四相八拍步进电机是一种常见的类型，它具有结构简单、控制方便等特点，因此得到了广泛采用。
步进电机的控制原理基于控制电路对电机内部各个线圈的通断控制，从而实现单步运动。
四相八拍步进电机由四个线圈组成，按相间夹角为90度的顺序连接，每相均可单独控制。
常见的步进电机控制电路包括单片机控制、逻辑门控制等。
在设计四相八拍步进电机控制电路时，首先需要确定电机驱动方式。
常见的方式包括全步进驱动和半步进驱动。
全步进驱动中，电机每步转动一个完整的步进角度；而在半步进驱动中，电机每步转动半个步进角度。
选择不同的驱动方式可以实现不同的转动精度和速度要求。
控制电路中常用的元器件包括晶体管、电阻、电容等。
通过合理的连接和控制，可以使步进电机按照预先设定的步进序列运行。
在具体设计电路时，需要根据电机的参数和工作要求，选择合适的元器件和控制方式，并进行电路调试和优化。
为了确保步进电机的稳定运行，还需要注意电源稳定性和线圩的连接质量。
稳定的电源可以提供电机正常工作所需的能量，而良好的线圩连接可以减小电机运行时的噪音和振动，延长电机使用寿命。
总的来说，四相八拍步进电机控制电路是实现步进电机精准运动的关键，通过合理的设计和调试，可以有效地实现对电机位置的控制。
在实际应用中，可以根据具体要求进行电路的定制设计，以满足不同场景下步进电机的控制需求。
1。
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北京工业大学电子课程设计报告（数电部分）题目：步进电机目录一、设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------3二、设计任务和设计要求1.设计题目------------------------------------------------------------------------------------------------32.设计技术指标及设计要求----------------------------------------------------------------------------3三、电路设计------------------------------------------------------------------------------------------------41.脉冲发生电路-------------------------------------------------------------------------------------------42.环形脉冲分配电路-------------------------------------------------------------------------------------53.控制电路-------------------------------------------------------------------------------------------------64.驱动电路-----------------------------------------------------------------------------------------------105.步进电机-----------------------------------------------------------------------------------------------11四、电路的组装和调试------------------------------------------------------------------------------------121.电路的组装----------------------------------------------------------------------------------------------122.电路的调试----------------------------------------------------------------------------------------------13五、收获和体会---------------------------------------------------------------------------------------------14六、附录------------------------------------------------------------------------------------------------------151.列表-------------------------------------------------------------------------------------------------------152.参考资料-------------------------------------------------------------------------------------------------153.部分芯片管脚图----------------------------------------------------------------------------------------16一、设计题目步进电机控制电路二、设计任务和设计要求1.设计任务：本课题要求设计一个步进电机的控制电路，该电路能对步进电机的运行状态进行控制。
2.设计技术指标及设计要求：基本要求：(1).能控制步进电机正转和反转及运行速度，并由LED显示运行状态。
（步进电机工作方式可为单四拍或双四拍）。
A．单四拍方式，通电顺序为A—B—C—D—AB．双四拍方式，通电顺序为AB—BC—CD—DA—AB(2).测量步进电机的步距角。
（通过实测步进电机旋转一周所需要的脉冲数，推算出步进电机的步距角）。
扩展要求：设计步进电机的工作方式为四相八拍。
C．四相八拍方式，通电顺序为A—AB—B—BC—C—CD—D—DA—A(4).参考元器件：步进电机，发光二极管，续流二极管IN4004，复合三极管TIP122；5Ω（1W）电阻，其它电容、电阻若干。
三、电路设计1.脉冲发生电路脉冲发生电路是由NE555及外接阻容元件构成的多谐振荡器产生的，多谐振荡器是一种可以产生周期性的矩形脉冲信号的自己振荡电路。
图3.1根据公式f=1/[ln2(R1+2R2)C] 和q=(R1+R2)/(R1+2R2) 可分别计算出其频率和占空比实际数据：R1=1KΩR2=1KΩ C=1uF计算数值：f=480.9HZ实际数值：f=493.42HZ占空比：q=33.3%后面为了实现变速，将R1替换为一个滑动变阻器。
2.环形脉冲分配电路环形脉冲分配电路是步进电机中一个重要环节，利用环形脉冲分配电路可以产生所需要的脉冲波形，以实现对步进电机的控制。
生成题目所要要求的单四拍，双四拍，和四相八拍三种工作模式。
图3.2上图为74LS161的管脚图。
74LS161计数脉冲由单次脉冲源提供，清零端、置数控制端、工作状态控制端CT P CT T、并行数据输入端D3—D0分别接逻辑电平开关，进位信号输出端CO、计数器状态输出端Q3—Q0均接逻辑电平显示。
按如下逐项测试并判断该集成块的功能是否正常。
1、异步清零功能：当=0时，这时Q3Q2Q1Q0=0000，计数器清零。
其它输入信号都不起作用，与CP无关，故称为异步清零。
2、同步并行置数功能：当=1，=0时，在CP上升沿操作下，并行输入数据d3d2d1d0置入计数器。
3、步二进制加法计数功能：当=1，若C TP=C TT=1，则计数器对CP信号按照8421码进行加法计数。
4、保持功能：若CT P·CT T=0，则计数器将保持原来状态不变；若CT P·CT T=1，则计数器将保持正常工作状态，可以正常计数。
用NE555为74LS161提供时钟脉冲，使74LS161进行十六进制计数，将QA、QB、QC三个输出端的信号作为74LS138芯片的输入信号由其进行译码工作。
电路图如下：3、控制电路以下为单四拍、双四拍及四项八拍的所要输出地逻辑信号。
单四拍：双四拍：四相八拍：（1）四项八拍电路根据74LS138的工作原理，ABCD四相即为要求的输出项，我们要求从74LS161输出从000到111的循环逻辑信号，从而可以列出74LS138的真值表。
如图3.3图3.3Y0’Y1’Y2’Y3’Y4’Y5’Y6’Y7’工作项0 1 1 1 1 1 1 1 A1 0 1 1 1 1 1 1 AB1 1 0 1 1 1 1 1 B1 1 1 0 1 1 1 1 BC1 1 1 1 0 1 1 1 C1 1 1 1 1 0 1 1 CD1 1 1 1 1 1 0 1 D1 1 1 1 1 1 1 0 DA 从图中可以分析出：A= Y0’Y1’Y7’B= Y1’Y2’Y3’C= Y3’Y4’Y5’D= Y5’Y6’Y7’可以得出结论：步进电机的每个相都由75LS138的3个输出端控制，只要3个输出端有一个端输出为0时该端所控制的相工作。
由此可以画出步进电机控制电路部分的电路图。
图3.4图3.4电路只能实现四项八拍（单向）的工作方式，不能实现正转、反转切换的工作方式，为实现正转和反转能够同时在一个电路完成的目的，将对此电路进行改进。
（3）控制电机正反转的电路为实现反转，只需将原有的输出信号按相反顺序输入给步进电机的四个相即可。
根据这个思路，我将实验电路的控制电路部分作如下改动：图3.5在这个电路中我加入了八个单刀双掷开关，在开关切换的时候从而将输入顺序改变，此时步进电机的四个相的工作顺序倒转，74LS138的输出端对应的相也发生改变。
A’= Y5’Y6’Y7’B’= Y3’Y4’Y5’C’= Y1’Y2’Y3’D’= Y0’Y1’Y7’四相八拍反转：工作方式励磁方式 A B C D四项八拍D 1 1 1 0 CD 1 1 0 0 C 1 1 0 1 BC 1 0 0 1B 1 0 1 1AB 0 0 1 1A 0 1 1 1DA 0 1 1 0D 1 0 0 0(4)电路简化由于在图3.5所示电路中，涉及八个单刀双掷开关，过于繁杂，为去掉不必要的开关，电路作如下调整图3.6这个电路图的原理是将控制电路输出信号在输入步进电机前反向，而不是在图3.5中那样改变控制电路的逻辑关系从而实现反向。
这种方式相对与上一组的优点是减少了开关的使用量，简化了电路。
但在实际中由于进度原因并未使用这种方法。
（5）单拍、四项八拍切换回到图3.374LS138的真值表，我们可以看出Y1’、Y3’、Y7’、Y5’分别控制AB、BC、CD、DA要实现单拍只需将这几个状态去掉即可。
为此我用开关来实现去掉状态的功能。
图3.7电路原理：上图电路可以实现单拍、四项八拍转换，正传、反转转换。
图中重新加入了一个74LS138芯片，目的是为了控制步进电机反转，替代了图3.6中开关的作用。
新加入了一个开关J1用于切换两个74LS138芯片，分别供电给两个芯片，当一个芯片工作时另一个停止。
74LS138-n2芯片的输出端连接和-n1是完全相反的，输出信号的顺序与原来相反，这样就可以实现反转。
开关J2~J5的用方法为“两输入一输出”，这样就有两个输入状态，其中一个分别接74LS138的Y1、Y3、Y5、Y7，另一端接高电平5V。
当开关接5V时，相当于Y1、Y3、Y5、Y7输出一直是高电平，而步进电机的相是低电平工作，所以说AB、BC、CD、DA几个状态被去掉，实现了单拍的工作方式。
开关切换到另一端时，进行四项八拍工作方式。
优点：连线简单，看起来线不少，但实际上连线及其容易，尤其是开关和两片74LS138之间的连线。