《步進電機論》word版

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1、CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY設(shè)計題目：步進電機控制器學(xué)生姓名：李毅航劉權(quán)兵徐重瑤張國為學(xué)院名稱：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)名稱：電子信息工程班級名稱：電子0841學(xué)號：22243437完成時間：2011年7月6日2011年7月6日小組成員：電子0841班22號李毅航（程序源代碼）電子0841班24號劉權(quán)兵（Proteus電路設(shè)計）電子0841班34號徐重瑤（論文）電子0841班37號張國為（Protel原理圖和PCB圖）步進電機控制器李毅航、劉權(quán)兵、徐重瑤、張國為（電子0841班22號、2

2、4號、34號、37號）摘要：步進電機是一種以脈沖控制的轉(zhuǎn)動器件，由于是以脈沖驅(qū)動，很適合心數(shù)字或微型計算機來控制，所以我們又把它當成是一種數(shù)字器件。本設(shè)計主要是運用51單片機控制4相步進電機系統(tǒng)，由單片產(chǎn)生驅(qū)動脈沖信號，控制步進電機以一定的轉(zhuǎn)速向某一方向轉(zhuǎn)動，并用LCD液晶顯示器顯示其實時工作狀態(tài)關(guān)鍵詞：單片機；步進電機；脈沖；LCD液晶顯示器引言步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信

3、號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，最常見的是對步進電機的控制。步進電機的數(shù)字控制是步進電機控制的發(fā)展趨勢，用單片機對步進電機進行控制是實現(xiàn)電動機數(shù)字控制的最常用手段。1.步進電機工作原理步進電機按照它們的結(jié)構(gòu)和工作原理可以劃分為磁阻式(也稱反應(yīng)式或變磁阻式)電機、混合式電機、永磁式電機和特種電機等4種主要型式，下面主要以四相磁阻式步進電機為例說明步進電機的工作原理。圖1是一個四相磁阻

4、式步進電機的結(jié)構(gòu)示意圖，該電機定子上有8個凸齒，相距180度的兩個凸齒構(gòu)成一相，每一相上的線圈反相連接，這樣8個齒就構(gòu)成四相，AA1,BB1,CC1,DD1，因此稱為四相步進電機。圖1四相磁阻式步進電機的結(jié)構(gòu)示意圖四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度?！　嗡呐摹㈦p四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖2.a、b、c所示：

5、abc圖2步進電機工作時序波形圖2.步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計的功能是實現(xiàn)一個基于51單片機控制的4相步進電機系統(tǒng)，由單片機產(chǎn)生驅(qū)動脈沖信號，步進電機的驅(qū)動器收到驅(qū)動脈沖信號后，步進電機將會按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，將電脈沖轉(zhuǎn)化成角位移。電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率來控制決定，可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達到調(diào)速的目的。系統(tǒng)框圖如圖3所示:時鐘脈沖單片機AT98C51電機驅(qū)動器步進電機128*64LCD驅(qū)動與顯示鍵盤圖3系統(tǒng)框圖　　驅(qū)動電路的主要作用是實現(xiàn)功率放大。一般脈沖分配器輸出的驅(qū)動能力是有限

6、的，它不可能直接驅(qū)動步進電機，而要經(jīng)過一級功率放大。3.硬件電路設(shè)計在單片機控制的步進電機系統(tǒng)中，輸入由單片機接口電路構(gòu)成的5個按鍵完成，單片機根據(jù)輸人的鍵值控制步進電機的正反轉(zhuǎn)、停止和加減速的操作信號，并在LCD顯示器中顯示出其工作狀態(tài)，再由驅(qū)動電路輸出脈沖控制步進電機的運行。如圖4所示:圖4硬件電路圖像直流電機一樣，步進電機也需要驅(qū)動電路才能被單片機的I/O口控制，這是因為對于電機這類功率器件，普通單片機的I/O口驅(qū)動能力不夠。為了讓步進電機能夠運轉(zhuǎn)起來，還要有一套驅(qū)動電路才能讓它有足夠的能量。下面圖5是一個12

7、V的4相步進電機的驅(qū)動電路圖:圖5步進電機的驅(qū)動電路在這個設(shè)計中，我用到了一個128*64的LCD液晶顯示器來顯示步進電機的實時工作狀態(tài)。下面圖6為LCD器件圖，表1為LCD引腳功能:表1LCD顯示器功能表引腳號引腳名稱功能說明1H:選擇芯片IC1（右半屏）信號2H:選擇芯片IC2（左半屏）信號3GND模塊的電源地4VCC模塊的電源正端5V0LCD驅(qū)動電壓輸入端6RSH/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號7R/WH/L并行的讀寫選擇信號8EH/L并行的使能信號9DB0數(shù)據(jù)010DB1數(shù)據(jù)111DB2數(shù)據(jù)212DB3數(shù)據(jù)313

8、DB4數(shù)據(jù)414DB5數(shù)據(jù)515DB6數(shù)據(jù)616DB7數(shù)據(jù)717H/L復(fù)位低電平有效18-Vout電源圖6LCD器件圖設(shè)計步進電機的Protel的原理圖和PCD電路圖如下圖7、圖8圖7Protel原理圖圖8PCB電路圖4軟件設(shè)計4.1流程圖軟件程序構(gòu)成包括主程序和子程序兩部分。主程序控制各個硬件電路的執(zhí)行過程順序而子程序主要是一些功能性程序，如