步进电机基本原理
步进电机基本原理
电机将电能转换成机械能，步进电机将电脉冲转换成特定的旋转运动。每个脉冲所产生的运动是精确的，并可重复，这就是步进电机为什么在定位应用中如此有效的原因。
永磁步进电机包括一个永磁转子、
线圈绕组和导磁定子。激励一个线圈绕
组将产生一个电磁场，分为北极和南
极，见图1所示。定子产生的磁场使转子转动到与定子磁场对直。通过改变定子线圈的通电顺序可使电机转子产生连续的旋转运动。
图2显示了一个两相电机的典型的步进顺序。在第1步中，两相定子的A相通电，因异性相吸，其磁场将转子固定在图示位
置。当A相关闭、B相通电时，转子顺时针旋转90°。在第3步中，B相关闭、A相通电，但极性与第1步相反，这促使转子再次旋转90°。在第4步中，A相关闭、B相通电，极性与第2步相反。重复该顺序促使转子按90°的步距角顺时针旋转。
图2中显示的步进顺序称为“单相激励”步进。更常用的步进方法是“双相激励”，其中电机的两相一直通电。但是，一次只能转换一相的极性，见图3所示。两相步进时，转子与定子两相之间的轴线处对直。由于两相一直通电，本方法比“单相通电”
步进多提供了41.1%的力矩，但输入功率却为2倍。
半步步进
电机也可在转换相位之间插入一个关闭状态而走“半步”。这将步进电机的整个步距角一分为二。例如，一个90°的步进电机将每半步移动45°，见图4。但是，与“两相通电”相比，半步进通常导致15%～30%的力矩损失（取决于步进速率）。在每交换半步的过程中，由于其中一个绕组没有通电，所以作用在
转子上的电磁力要小，造成了力矩的净损失。
双极性绕组
双相激励介绍了利用一种“双极性线圈绕组”的方法。每相用一个绕组，通过将绕组中电流反向，电磁极性被反向。典型的两相双极驱动的输出步骤在电气原理图和图5中的步进顺序中
进一步阐述。按图所示，转换只利用绕组简单地改变电流的方向，
就能改变该组的极性。
单极性绕组
另一常用绕组是单极性绕组。其一个电极上有两个绕组，这种联接方式为当一个绕组通电时，产生一个北极磁场；另一个绕组通电，则产生一个南极磁场。因为从驱动器到线圈的电流不会反向，所以可称其为单极绕组。该步进顺序见图6所示。该设计使得电子驱动器简单化。但是，与双极性绕组相比，其力矩大约少30%，因为励磁线圈仅被利用了一半。
共振
由于电机是一个弹性体系统，所以步进电机有一个固有谐振频率。当步进速率等于电机的固有频率时，电机可能会产生听得见的噪音变化，同时振动增加。共振点将随应用场合和负载而变化，但共振点通常出现在70～120步/秒之间的某一位置。在严重情况下，电机在振荡点附近可能会失步。改变步进速率是避免系统中与共振有关的许多问题的最简单的方式。另外，半步或微步驱动通常也可以减少共振问题。当加减速时，要尽可能快地越过共振区。
力矩
一个特定的旋转步进电机所产生的力矩是下述参数的函数：
●步进速率
●通过绕组的电流
●所使用的驱动器的种类（直线电机所产生的力也取决于这些因素。）
力矩是摩擦力矩（Tf）和惯性力矩（Ti）之和。
T=Tf+Ti
摩擦力矩（oz-in或g-cm）为所要求移动一个载荷的力（单位为oz或g）乘上用于驱动载荷的力杆臂（r）的长度（单位为
了in或cm）（见图8所示）。
Tf=F.r
惯性力矩（Ti）为所要求用于加速负载（单位为：g-cm2）的力矩。
Ti=I(ω/t)πθK
其中：Ｉ＝惯量，单位：g-cm2
ω＝步进速率，单位：步数／秒
t＝时间，单位：秒
θ＝步距角度，单位：度
Ｋ＝常数：97.73
应该注意到的是：当电机的步进速率增加时，电机的反向电动势（EMF）也增加。其限制了电流，并导致可使用的输出力矩的减少。
选择适当的电机
为了选择适当的电机，必须考虑几种因素。是要求线性运动还是要求旋转运动？以下为选择一个电机时应考虑的一些基本
要求的清单。这将有助于确定是否要使用一个直线电机，还是要使用一个旋转电机。
旋转电机直线电机
要求多大力矩？要求多大力？
工作周期是多少？工作周期是多少？
所希望的步距角是多少？所希望的步进增量是多少？
步进速率或转速（RPM）是多少？步进速率或行程速度是多少？
双极性或单极性线圈？双极性或单极性线圈？
线圈电压？线圈电压？
定位力距或保持力矩要求？断电时螺杆须保持位置或可反向移动？
是否有尺寸限制？是否有
尺寸限制？
所期望的寿命要求是多少？所期望
的寿命要求是多少？
工作环境温度是多少？工作环
境温度是多少？
滑动轴承或滚珠轴承？固定轴
或贯通轴式？
径向载荷和轴向载荷？驱动器
的类型？
驱动器的类型？
交流同步电机
步进电机也可在交流（AC）下运行。但是，其中一相必须通过一个适当选择的电容器而得电。在这种情况下，电机限制为仅有一个同步速度。例如，如果电源频率为60赫兹，则电源有120次反向或变更。通过电容器通电的相位也按照偏移时间顺序而产生相同数量的变更。电机已按相当于240步/秒的速率真正通电。对于1.8°的旋转电机，要求200个步长来完成一个旋转
（200SPR）。这就成了72转/分（RPM）的同步电机。
对于直线电机，所产生的线性速度取决于电机每步的分辨率。例如，如果向0.001英寸/步的电机通
60赫兹的电源，则所获得的速度为0.240英寸/秒（240步/秒乘0.001英寸/步）。
驱动器
步进电机的运行需要有一些外部的电气零件。这些零件通常有电源、逻辑程序器、开关元件和时钟脉冲源，以确定步进速率。许多商用驱动器已经将这些零件组合成了一个整体。一些基本的驱动器设备仅有末级功率级，而没有可以产生适当步进顺序的电子控制器。
双极性驱动方式
对于具有四根引线的两相双极性电机，这是非常普遍的驱动方式。在一个完整的驱动器/控制器中，电子元件交替地使每相电流反向。其步进顺序见图5所示。
单极性驱动方式
该驱动方式要求每相上具有一个中间抽头（6根引线）的电
机。与使每相中的电流反向不同的是，该驱动只需将电流从每相中的一个线圈转换到另一个线圈（图6）。通过绕组的改变使电机内部的磁场转变方向。该方案用于简单驱动，但每次仅利用了绕组的一半。与相当的双极性电机相比，这使旋转电机产生的力矩或直线电机产生的力大约低了30%。
L/R驱动方式
这种类型的驱动也可称为恒压驱动。大多数的这类驱动器可以配置成运行双极性或单极性步进电机。L/R代表电感（L）与电阻（R）之间的电气关系。电机线圈阻抗与步进速率之比由这些参数所确定。L/R驱动器应将电源输出电压与电机线圈额定电压相匹配，以适应连续负载工作。许多已经公布的电机性能曲线是以施加在电机引线上满载额定电压为基础的。电源输出电压级别必须设置到足够高，以补偿驱动器电路内部的电压降失，以达到最佳的连续运行。
大多数步进电机的性能水平在短时工作制下可以通过增加所施加的电压来加以提高。这通常称为“过度驱动”电机。当过度驱动一个电机时，工作周期中必须有足够的定期断电时间（不施加电源），以防止电机温升超过允许范围。
斩波驱动方式
斩波驱动方式允许步进电机在较高的速度下维持比L/R驱
动方式更大的力矩或力。斩波驱动器是一个恒定电流驱动器，通常为双极性类型。斩波驱动器是通过快速接通和关闭（断路）输出电源，以控制电机电流而得名的。对于该设置，可以使用低阻抗电机线圈和最大电源电压，此时，驱动器将传递最佳性能。作为一般原则，为获取最佳性能，电源和额定电机电压之间所推荐的比率为8:1。在本目录中作性能曲线时使用了8:1的比率。
微步驱动方式
许多双极性驱动器拥有微步进的功能。微步进是以电子方式将一个整步长分成较小的步长。例如，一个直线电机的一个步长为0.001英寸，将其驱动到每步具有10个微步，这样，一个微步将为0.0001英寸。微步有效地减少了电机的步进增量。但是，与一个全步长的精确度相比，每个微步的精确度具有更大的百分比误差。和全步长一样，微小步进的增量误差也是非累积的。在大部分情况下，微步驱动的目的是为了减弱或消除步进电机的低步振动。
疲劳/寿命
适当应用时，HSI的直线电机可提供多达2千万次的循环，
HSI的旋转电机可提供长达25,000小时的运行。电机最终的疲劳和综合寿命由每个用户的具体应用情况决定。
下述定义对理解电机寿命和疲劳是重要的。
连续工作制：在额定电压下连续运行电机。
25%工作制：在L/R驱动上以双倍的额定电压运行电机，电机通电时间大约为25%。电机产生的输出比在额定电压下运行大约要多60%。注意，工作周期与施加在电机上的负载无关。
寿命：直线电机的寿命为电机能在指定的负载下运动，并维持步进精确度的循环次数。旋转电机的寿命为工作小时数。
一个周期：直线电机的一个周期包括伸出以及缩回到初始位置的整个动作。
对于如何选择适当的电机并确保其最长寿命，有一些通用的准则。基本上，如要在一个给定的系统中确定一个步进电机的性能，最好在“现场条件”下，或在紧密接近这些条件的场合中进行最终组装测试。
由于步进电机没有电刷所产生的磨损，所以其寿命通常超过了该系统中的其它机械零件。如果步进电机失效，则其可能与某些零件有关。轴承和导向螺杆/螺母接合处通常是要经受疲劳的首要零件（在直线电机中）。所要求的力矩或推力以及工作环境
是影响这些电机零件的因素。
如果电机在其额定力矩或推力下，或接近其额定力矩或推力下运行，则其寿命将受到影响。HSI的测试表明电机寿命随工作负载的降低降低而呈指数增加。一般而言，电机应设计成在其最大负载能力的40%～60%下运行。一些环境因素，如高湿度、暴露于苛性化学制品中、大量的污垢/碎片以及热量，都会影响电机的寿命。组装中一些机械因素，如直线电机中轴的侧向负载或旋转电机中的不平衡负载等，也将对电机寿命造成不利影响。
如果在短时工作制下使用电机，并向电机施加过度的电压，则“通电”时间应保证其温升不超过电机的最大温升。如果电机没有足够的“断电”时间，将会产生太多的热量，以致绕组过热，最终导致电机失效。
设计一个能将这些因素降低到最小的系统将确保电机的最
大寿命。将寿命最大化的第一步是选择一个安全系数为2或更大的电机。第二步是通过将侧向负载、不平衡的负载和冲击载荷降低到最小来保证系统具有良好的机械性能。该系统也应消散热量。对于有散热装置的电机或设备来说，周围的气流通常是主要的散热方式。如果系统中存在苛性化学品，则必须对电机和其它所有零件加以防护。最后，在“现场条件”下测试电机及其组件
将确保应用的适当性。
如果遵守了这些准则，HSI直线电机将在广泛的领域内提供可靠的操作。如果您在设计上需要帮助，HSI的应用工程师将帮助您在我们的电机上获得最大的寿命和最佳的性能。
总结
多年来，步进电机一直被许多领域所使用，随着小型化、计算机控制和降低成本的趋势，“混合式”步进电机的使用正日益广泛。特别是近年来，直线电机的使用已经迅速地扩大，在许多领域都能发现这些精密、可靠的电机，包括血液分析仪和其它医疗仪器、舞台自动化照明、成像设备、HVAC设备、阀门控制、印刷设备、X-Y平台、集成芯片制造、检验和试验设备。这些颇具吸引力的技术便利大量零件不再需要，而且还削减了与组装、采购、库存等相关的费用。设计师所能想到的地方就是这些电机的用武之地。
术语
定位或剩余力矩：在没有电流通过绕组时，能使电机的输出轴旋转所需施加的力矩。
驱动器：一个通过控制外部电气零件来运行步进电机的装置。这包括电源、逻辑程序器、开关元件以及一个确定步进速率
的变频脉冲源。
动态力矩：在一定步进速率下电机所产生的力矩。动态力矩可由PULL IN（牵入）力矩或PULL OUT（牵出）力矩所表示。
保持力矩：绕组在通以稳态直流电时，能使电机的输出轴旋转所要求的力矩。
惯性：物体对加速或减速的惯性测量值。通常用于指电机所移动负载的惯性，或电机转子的惯性。
线性步进增量：转子每旋转一个步距角导向螺杆所产生的线性行程。
每秒脉冲数（PPS）：电机在一秒钟内所产生的步数（有时称为“步数/秒”）。这由电机驱动器所产生的脉冲频率所决定。
升降速：在电机不失步的情况下，将给定负荷从原有的低步进速率增加至最大，接着再降低至原有速率的一种驱动技术。
单一步进响应：电机进行完事的一步所要求的时间。
步进：电机每接收一个脉冲时转子所转的角度。对于直线电机来说，步进为直线距离。
步距角：每一步转子所产生的旋转，测量单位为度。
每周旋转步数：转子旋转360°所需要的总步数。
PULL OUT（牵出）力矩：电机在恒速下能够产生的最大力矩。
因为速度不变，所有也没有惯性力矩。同时转子内部的动能和惯性载荷使运行力矩增大。
PULL IN（牵入）力矩：必须克服转子惯量的加速转矩，以及加速时固定连接的外接负载和各种摩擦转矩。因此，起动力矩通常小于运行力矩。
力矩与惯性比率：保持力矩除以转子惯量。
微型计算机原理步进电机实验
微型计算机原理综合实验装 题目：步进电机控制 订 线 学院电子信息工程学院 学科门类工学 专业通信工程 学号2012449149 姓名孙姣 指导教师侯顺艳 2015年1 月7日
目录 一、实验目的……………………………………………….. 二、设计要求………………………………………………. 三、设计原理………………………………………………. 四、程序流程图…………………………………………… 五、程序源代码…………………………………………… 六、总结与体会……………………………………………. 参考文献…………………………………………………….
一、实验目的 1.1掌握微机原理程序设计方法，达到运用所学知识来应用于实践的目的; 1.2培养学生查阅资料、使用工程设计标准、手册及编写设计技术的能力； 1.3培养初步掌握设计开发产品的能力，了解微机控制系统的一般设计方法。 1.4掌握汇编语言在硬件编程方面的应用 二、设计要求 2.1外设电路要求 设计电路，使其能够驱动步进电机转动，所需元件及器材由实验室提供，其中步进电机为35BYJ46型四相八拍电机，电压为DC12V，电源取自实验箱。根据相应状态，利用数码管完成输出显示。数据的输入采用键盘、输出采用实验箱上8255单元完成。 2.2程序要求 编写程序，控制步进电机的运转，要求可调整步进电机运转的方向和速度。选择合适的设计方案，并进行理论阐述。编制相应的控制程序，要求有程序流程图，程序加注释。绘制实现电路原理图，所有图纸均用计算机绘制。 三、设计原理 3.1工作过程一、步进电机的概述及四相八拍步进电机的工作原理：步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进位移，正常运行情况下，它每转一周是有固定的步数。该步进电机为四相八拍步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C 相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿A、B、C、D方向转动。
步进电动机的工作原理与特点
步进电动机的工作原理及特点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，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 1 步进电机概述 步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。 正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。 2国外的研究概况 步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用，例如、、、、都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。国过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器部。 总的来说，步进电机是一种简易的开环控制，对运用者的要求低，不适合在大功率的场合使用。 在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形
步进电机工作和控制原理
步进电机工作和控制原理 一、综述 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。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件，具有无累积误差、成本低、控制简单特点。产品从相数上分有二、三、四、五相，从步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°，从规格上分有口42~φ130，从静力矩上分有 0.1N·M~40N·M。签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。 二、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
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)
步进电机的控制原理及其单片机控制实现
步进电机的控制原理及其单片机控制实现 一前言 步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件,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和精密机械等领域。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。步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。现阶段,反应式步进电机获得最多的应用。 步进电机和普通电机的区别主要在于其脉冲驱动的形式,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。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机,步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候,甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。 二 1.步进电机的控制原理 步进电机2个相邻磁极之间的夹角为60°。线圈绕过相对的2个磁极,构成一相(A-A′,B-B′,C-C′)。磁极上有5个均匀分布的矩形小齿,转子上没有绕组,而有40个小齿均匀分布在其圆周上,且相邻2个齿之间的夹角为9°当某组绕组通电时,相应的2个磁极就分别形成N-S极,产生磁场,并与转子形成磁路。如果这时定子的小齿与转子没有对齐,则在磁场的作用下转子将转动一定的角度,使转子齿与定子齿对齐,从而使步进电机向前“走”一步。 2. 步进电机的控制方式 如果通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流,就可以控制电机的转动,从而实现数字→角度的转换。转动的角度大小与施加的脉冲数成正比,转动的速度与脉冲频率成正比,而转动方向则与脉冲的顺序有关。以三相步进电机为例,电流脉冲的施加共有3种方式。(1)单相三拍方式(按单相绕组施加电流脉冲):→A→B→C→正转;→A→C→B→反转。(2)双相三拍方式(按双相绕组施加电流脉冲):→AB→BC→CA→正转;→AC→CB→AB→反转。(3)三相六拍方式(单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲):→A→AB→B→BC→C→CA→正转;→A→AC→C→CB→B→BA→反转。单相三拍方式的每一拍步进角为3°,三相六拍的步进角则为1.5°,因此,在三相六拍下,步进电机的运行反转平稳柔和,但在同样的运行角度与速度下,三相六拍驱动脉冲的频率需提高1倍,对驱动开关管的开关特性要求较高。 3. 步进电机的驱动方式 步进电机常用的驱动方式是全电压驱动,即在电机移步与锁步时都加载额定电压。为了防止电机过流及改善驱动特性,需加限流电阻。由于步进电机锁步时,限流电阻要消耗掉大量的功率,故限流电阻要有较大的功率容量,并且开关管也要有较高的负载能力。步进电机的另一种驱动方式是高低压驱动,即在电机移步时,加额定或超过额定值的电压,以便在较大的电流驱动下,使电机快速移步;而在锁步时,则加低于额定值的电压,只让电机绕组流过锁步所需的电流值。这样,既可以减少限流电阻的功率消耗,又可以提高电机的运行速度,但这种驱动方式的电路要复杂一些。驱动脉冲的分配可以使用硬件方法,即用脉冲分配器实现。现在,脉冲分配器已经标准化、芯片化,市场上可以买到。但硬件方法结构复杂,成本也较高。步进电机控制(包括控制脉冲的产生和分配)也可以使用软件方法,即用单片机实现,下面给出具体的使用单片机以软件方式驱动步进电机的实现方法。 三步进电机的单片机控制 1. 双相三拍控制
步进电机驱动及控制专业技术解答
步进电机驱动及控制技术解答 1.步进电机为什么要配步进电机驱动器才能工作？ 步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角（转子与定子的机械结构所决定）一步一步运行的, 其特点是每旋转一步，步距角始终不变，能够保持精密准确的位置。所以无论旋转多少次，始终没有积累误差。由于控制方法简单，成本低廉，广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动, 这就是步进电机驱动器。它接收控制系统发出的脉冲信号，按照步进电机的结构特点，顺序分配脉冲，实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。步进电机驱动器必须与步进电机的型号相匹配。否则将会损坏步进电机及驱动器。 2.什么是驱动器的细分？运行拍数与步距角是什么关系？ “细分”是针对“步距角”而言的。没有细分状态，控制系统每发一个步进脉冲信号，步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。步进电机的参数，都会给出一个步距角的值。如110BYG250A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°），这是步进电机固有步距角。通过步进电机驱动器设置的细分状态，步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度，从而实现更为精密的定位。以110BYG250A电机为例，列表说明： 可以看出，细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整步）的几分指一。例如，驱动器工作在10细分状态时，其步距角只有步进电机固有步距角的十分之一。当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，步进电机旋转1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°。其实，细分就是步进电机按照微小的步距角旋转，也就是常说的微步距控制。当然，不同的场合，有不同的控制要求。并不是说，驱动步进电机必须要求细分。有些步进电机的步距角设计为3.6°、7.5°、15°、36°、180°，就是为了加大步距角，以适应特殊的工况条件。细分功能，只由驱动器采用精确控制步进电机的相电流方法，与步进电机的步距角无关，而与步进电机实际工作状态相关。 运行拍数与驱动器细分的关系是：运行拍数指步进电机运行时每转一个齿距所需的脉冲数。例如：110BYG250A电机有50个齿，如果运行拍数设置为160，那么步进电机旋转
微机原理课程设计：步进电机
1、设计目的 培养和锻炼学生在学习完本门课后综合应用所学理论知识，解决实际工程设计和应用问题的能力的重要教学环节。要求学生熟悉和掌握微机系统的软件、硬件设计的方法、设计步骤，使学生得到微机开发应用方面的初步训练。让学生独立或集体讨论设计题目的总体设计方案、编程、软件硬件调试、编写设计报告等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。通过本次课程设计使学生熟练掌握微机系统与接口扩展电路的设计方法，熟练应用8086汇编语言编写应用程序和实际设计中的硬软件调试方法和步骤，熟悉微机系统的硬软件开发工具的使用方法。 培养学生在实际的工程设计中查阅资料，撰写设计报告表达设计思想和结果的能力。 2、设计内容 编程实现步进电机的控制，能够实现开关控制步进电机的正反转功能。 3、设计要求 实现步进电机的正、反转功能 4、设计原理与硬件电路 按下图连接线路，利用8255输出（通过PA0~PA3）的脉冲序列， K(通过PC7)控制步进电机转向。8255的选片信号CS接0200H~0206H。PA0~PA3接步进电机。
跳转到zhuan1 A 口送信号03H 送A 口信号06H 送信号0CH 送信号03H 送信号09H 延时 送信号0CH 延时 延时 延时 送信号09H 送信号06H 跳转到zhuan2 延时 延时 延时 延时 开始 8255初始化，A 输出C 输入 A 口置零 读取开关状态 K=0？
a_port equ 0200h b_port equ 0202h c_port equ 0204h ctrl_port equ 0206h code segment assume cs:code start: mov al,10001001b mov dx,ctrl_port out dx,al mov al,0h mov dx,a_port out dx,al k1: mov dx,c_port in al,dx test al,80h jz k2 call zhuan2 jmp k1 k2: call zhuan1 jmp k1 zhuan1 proc mov al,06h mov dx ,a_port out dx,al call delay mov al,0ch out dx,al call delay out dx,al call delay mov al,03h out dx,al call delay
步进电机的工作原理其原理图
一、前言 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。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。 二、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 S 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/R N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径
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
步进电机的控制1
指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 自动化学院 自动控制原理课程设计报告 设计题目： 单位（二级学院）：自动化学院 学生姓名： 专业：自动化 班级： 学号： 指导教师： 设计时间：2010 年 6 月 重庆邮电大学自动化学院制
目录 目录 (2) 一、设计题目 (3) 1题目内容 (3) 2实现目标 (3) 3设计要求 (3) 4 设计安排 (3) 二、设计报告正文 (3) 1步进电机的概论 (4) 2步进电机的驱动控制系统 (6) 3系统设计思路 (10) 4步进电机的控制电路 (13) 三、设计总结 (15) 四、参考文献 (16)
一、设计题目 1题目内容 基于51单片机的步进电机调速设计 2实现目标 1)具有与PC机串口通信的功能； 2)具有与数码管显示或者LED指示灯显示状态（数码管显示的速度并不代表电 机实际速度，只是一个感性的认识） 3设计要求 1)绘制原理图，PCB; 2)完成单片机所有代码编写； 3)设计PC机简易显示界面； 4设计安排 三个人一组，为期一周，小组成员合作，共同完成设计要求。 二、设计报告正文 摘要：步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移或者线位移的电磁机械装置。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。它具有快速启停能力，在电机的负荷不超过它能提供的动态转矩时，可以通过输入脉冲来控制它在一瞬间的启动或者停止。由于其精确性以及其良好的性能在实际当中得到了广泛的应用。 本文首先介绍了步进电机的分类、技术指标、步进电机的工作原理以及步进电机
怎么确定步进电机脉冲频率
怎么确定步进电机脉冲频率 步进电机驱动及控制技术解答 南京步进电机厂技术部 1.步进电机为什么要配步进电机驱动器才能工作？ 步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角（转子与定子的机械结构所决定）一步一步运行的, 其特点是每旋转一步，步距角始终不变，能够保持精密准确的位置。所以无论旋转多少次，始终没有积累误差。由于控制方法简单，成本低廉，广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动, 这就是步进电机驱动器。它接收控制系统发出的脉冲信号，按照步进电机的结构特点，顺序分配脉冲，实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。步进电机驱动器，必须与步进电机的型号相匹配。否则，将会损坏步进电机及驱动器。 2.什么是驱动器的细分？运行拍数与步距角是什么关系？ “细分”是针对“步距角”而言的。没有细分状态，控制系统每发一个步进脉冲信号，步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。步进电机的参数，都会给出一个步距角的值。如110BYG250A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°），这是步进电机固有步距角。通过步进电机驱动器设置的细分状态，步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度，从而实现更为精密的定位。以110BYG25 0A电机为例，列表说明： 电机固有步距角运行拍数细分数电机运行时的真正步距角 0.9°/1.8°8 2细分，即半步状态0.9° 0.9°/1.8°20 5细分状态0.36° 0.9°/1.8°40 10细分状态0.18° 0.9°/1.8°80 20细分状态0.09° 0.9°/1.8°160 40细分状态0.045° 可用看出，细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整步）的几分指一。例如，驱动器工作
微机原理课设 步进电机设计.doc
学号：10063115 南昌航空大学 题目步进电机 学院飞行器工程学院 专业飞行器制造工程 班级100631 姓名周炎 2013 年 1 月15 日
学生姓名：周炎专业班级： 100631 工作单位：飞行器工程学院 题目:步进电机 初始条件： 用汇编语言设计一个步进电机的控制，在Proteus仿真环境下完成，功能上实现步进电机的基本功能。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1. 通过键盘控制步进电机的启动和停止，正转和反转； 2. 编制完整的程序并调试； 3．撰写符合学校要求的课程设计说明书，内容包括：摘要、目录、正文、参考文献、附录（程序清单）。正文部分包括：设计任务及要求、方案比较及论证、软件设计说明（软件思想，流程，源程序设计及说明等）、程序调试说明和结果分析、课程设计收获及心得体会。 摘要 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。其种类比较多，分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。磁电式步进电动机主要有永磁式、反应式和永磁感应子式3种形式。它主要用于数字控制系统中，精度高，且运行可靠。步进电动机目前已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用。因此可知，步进电机在现代控制领域中起着非常重要的作用。 本次设计中，要求使用8086CPU作为主控制器，通过与外部接口芯片的配合工作，以实现控制步进电机的启动、停止、正转、反转等功能。设计要求为，通过编写正确的汇编程序，并使用仿真软件PROTEUS进行该控制系统的仿真。 关键字：步进电机控制 PROTEUS 仿真汇编程序
步进电机的控制电路和程序
步进电机的控制电路和程序 先看一下我们将要使用的51单片机综合学习系统能完成哪些实验与产品开发工作：分别有流水灯，数码管显示，液晶显示，按键开关，蜂鸣器奏乐，继电器控制，IIC总线，SPI总线，PS/2实验，AD模数转换，光耦实验，串口通信，红外线遥控，无线遥控，温度传感，步进电机控制等等。 上图是我们将要使用的51单片机综合学习系统硬件平台，本期实验我们用到了综合系统主机、步进电机，综合系统其它功能模块原理与使用详见前几期《电子制作》杂志及后期连载教程介绍。 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，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。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和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 步进电机分类与结构 现在比较常用的步进电机分为三种：反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）。本章节以反应式步进电机为例，介绍其基本原理与应用方法。反应式步进电机可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。常用小型步进电机的实物如图1 所示。 图1步进电机实物图 图 2 步进电机内部图 步进电机现场应用驱动电路 综合系统使用的是小型步进电机，对电压和电流 要求不是很高，为了说明应用原理，故采用最简单 的驱动电路，目的在于验证步进电机的使用，在正 式工业控制中还需在此基础上改进。一般的驱动电 路可以用图3的形式。 图3 一般驱动电路 在实际应用中一般驱动路数不止一路，用上图的分立电路体积大，很多 场合用现成的集成电路作为多路驱动。常用的小型步进电机驱动电路可以用 ULN2003或ULN2803。本书配套实验板上用的是ULN2003。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。ULN2003A由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力，为单片双极型大功率高速集成电路。ULN2003内部结构及等效电路图如图4：
步进电机细分驱动电路设计
前言 随着社会的进步和人民生活水平的不断提高及全球经济一体化势不可挡的浪潮，我国微特电机工业在最近10年得到了快速的发展。快速发展的显着标志是使用领域不断拓宽，用量大增，特别是在日用消费市场和工业自动化装置及系统的表现最为明显。与此同时，随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术、新材料以及控制理论和电机本体技术的不断发展进步，用户对电机控制的速度、精度和实时性提出了更高的要求，因此作为微特电机重要分枝的控制电机也得到了空前的发展。步进电动机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行组件。其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步。步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。步进电机和普通电机的区别主要在于其脉冲驱动的形式，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。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。步进电机被广泛应用于数字控制各个领域：机器人方面，机器人的的关节驱动及行进的精确控制，需要步进电机；数控机床方面，如数控电火花切割机床要求刀具精确走步，减小加工件表面的粗糙度的同时提高效率，需要步进电机；办公自动化方面，如电脑磁盘驱动器中的磁盘进行读盘操作的精确位置控制，需要步进电机，在打印机、传真机中也需要步进电机对设备进行位置控制。步进电动机是经济型数控系统经常采用的电机驱动系统。这类电机驱动系统的特点是控制简单，适合计算机系统控制要求。步进电动机的细分驱动系统较以往的电机系统，消除了低频震荡问题，控制分辨率更高，使其应用领域更加广泛。
微机原理课程基于80x86的步进电机控制系统
微机原理课程基于80x86的步进电机控制系统
《微机原理与接口技术》 课程设计 姓名：厉小洋 学号：0945533117 班级：09电气1班 专业：电气工程及其自动化 学院：电气与信息工程学院 江苏科技大学张家港校区 2012年9月
目录 一理论部分 (2) 1课题要求与内容 (2) 2 系统方案设计 (3) 3 系统硬件的设计 (4) 4 系统软件设计 (5) 二实践部分 (6) 1 系统硬件原理简介 (6) 2 系统硬件调试中出现的问题及解决措施 (10) 3 系统软件 (11) 3.1 软件设计 (11) 3.2软件调试中出现的问题及解决措施 (14) 三附录 (15)
题目：《基于80x86的步进电机控制系统》第一章、理论部分 一微机原理课程设计课题要求与内容 内容要求： （1）使用8255A控制步进电机的运转。 （2）使用数码管LED显示速度的大小。 （3）使用8253定时器调节速度的大小。 （4）使用4个独立按键控制步进电机，即“正传”、“反转”、“停止”、“调速”。（5）使用8259A产生中断控制按键； （6）使用DAC0832显示速度的波形。 拓展功能： （1）按键部分可以增加“加速”、“减速”等功能； （2）考虑可以加蜂鸣器来区分“正转”和“反转”； （3）其他可以有自己特色的功能均可。 二系统方案设计 在课程要求的前提下，步进电机为四相八拍步进电机，这样可以用8255的一个端口控制电机的驱动，LED显示为十六位
图1系统流程图 在8255中可用两个端口控制，按键单元可与电机共用一个八位端口，由8254产生可编程脉冲，进入8259产生中断，反馈给80x86，控制8255。 再执行到步进电机及其LED显示上，一个脉冲步进电机一拍。由按键读入系统状态。 具体的系统设计如图1为系统概况流程图 三系统硬件设计 在硬件设计中，主要是通过步进电机模块、8255模块、LED模块、8254模块。 在8255芯片上用A，B口控制数码管的显示（A为位选B为段选）,C口的高四位为四个按键单元，低四位作为输出，控制步进电机。 片选CS接IOY2。在8259和8254上，采用一个脉冲一拍的方式。给8254一个1.8432MHZ在CLK2，OUT2输出给CLK0，由OUT0给8259的INT，输出一个脉冲，经由IR0给80x86的中断口INTR。如图2为硬件连接图，如下硬件连接：8254,8255,8259的CS分别接在IOY2，IOY0，IOY1 8255芯片连接：8255的A，B控制LED，A口接位选，B口接段选，将C 口分为两段，高四位读取按键，低四位控制步进电机，按键分为四个如下表1所示
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