开放性实验设计（论文）
完成日期
2015 年 5 月 5 日
题目 四相步进电机控制电路的设计与制作
姓
名
伍玉鑫、王钊
教学院系 电气信息学院
专业年级 电气工程及其自动化2012级
指导教师
单 位 西南石油大学
Southwest Petroleum University
Graduation Thesis
Design and fabrication of four stepper motor control circuit
School of Electrical Engineering and Information
2015-5-5
Grade : 2012
Name : Wu yuxin Wang zhao Instructor: Jin tao
目录
摘要 (4)
1 课程设计任务和要求 (6)
1.1课程设计任务 (6)
1.2课程任务要求 (6)
4.四相步进电机的工作性能可靠，电路设计简单. (6)
2 课程设计的方案比较及选择 (7)
2.1 步进电机驱动方案选择 (7)
2.2 LED显示方案选择 (7)
2.3 控制状态的读取 (7)
3 控制系统的工作原理 (7)
3.1 四相步进电机控制工作原理 (8)
3.2 控制系统的设计思路 (9)
3.3 控制系统的整体框图 (9)
4 控制系统的硬件设计 (10)
4.1 总体的硬件设计 (10)
4.2 四相步进电机控制电路 (11)
4.3 LED显示电路 (12)
5控制系统的软件设计 (14)
5.1 总体的软件设计 (14)
5.2 系统关键模块设计 (17)
6 系统仿真结果 (20)
6.1 四相步进电机四种工作方式 (20)
6.2 相步进电机启动和停止 (22)
6.3 四相步进电机正转和反转 (22)
6.4 四相步进电机速度控制 (23)
心得体会 (25)
参考文献 (26)
附录1：总电路图 (27)
附录2：源程序 (28)
摘要
本次计算机控制技术课程设计的题目是：四相步进电机控制系统的设计。本次课程设计使用80c51单片机作为主控芯片，利用ULN2003A集成电路作为四相步进电机的驱动电路，采用单极性驱动方式，使四相步进电机能在（1）四相单四拍，（2）四相双四拍，（3）四相八拍四种工作方式下正常工作；能实现的功能有:启动/停止控制、方向控制；速度控制（快慢两档）；用4位LED数码管显示工作步数。用3个发光二极管显示状态：正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮。本次课程设计采用80C51单片机作为主控芯片，程序采用C语言来编写，驱动电路采用ULN2003A集成电路，显示器采用7SEG-MPX4-CC,即四位共阴二极管显示器，P0接段码，并用8 只1SW欧左右电阻上拉。P2的4 位IO口接位选码。用四个发光二极管显示电路的转动状况，红灯指示正传，黄灯指示反转，绿灯指示不转。采用Proteus软件进行仿真。在SWeil uVsuon3编程环境下编程和编译生成HEX 文件，导入到80C51单片机，实现对各个模块的控制，实现我们所需要的功能。
本次设计的方案电路结构比较简单，设计思路很清晰清晰，用 Proteus软件进行联调仿真，结果比较直观。在这次课程设计学习中我学到了很多知识，知道了四相步进电机控制系统的组成以及怎样用80C51单片机去控制它，四相步进电机的工作方式压，这对我在课堂所学的计算机控制技术知识是个巩固和加强，让我把课堂所学的理论知识真实的用到实践中，亲自动手，增强了我的动手设计能力，对自己将来的学习和工作发展起到了很好的作用。
关键字：四相步进电机单片机 Proteus
Abstract
The computer control technology curriculum design topic is: the design of three-phase stepper motor control system. The curriculum design using 80C51 microcontroller as the main control
chip, drive circuit based on ULN2003A integrated circuit as the three-phase stepper motor, using unipolar drive mode, the three-phase stepper motor in three-phase three steps(1), (2) three phase double shot three, (3) normal three-phase six beat three under the working mode; can realize the function: start / stop control, direction control; speed control(speed two grades); with 4 LED digital tube display work steps. With 3 light emitting diode display status: forward when the red light, a reversal of the yellow light, green light is not rotated. The curriculum design using 80C51 microcontroller as the main control chip, the program is written by C, the drive circuit adopts a
ULN2003A integrated circuit, display using7SEG-MPX4-CC, which is the four common cathode LED display, P0 code, and using 8 1SW ohm pull-up resistor. 4 IO P2 port is connected with the selected code. With three light emitting diode display rotational status circuit, a red light indicating the
story, the yellow light indicating reversal, lights do not turn. Using Proteus
simulation software. Programming in keil uVsuon3 programming environment and compiler generated HEX file, into the 80C51 microcontroller ,realize the control of each module, to achieve the functions we need.
The design scheme of circuit structure is relatively simple, very clear design ideas clearly ,using Proteus software debugging simulation results, more intuitive. In the curriculum design learning
I learned a lot of knowledge, know the composition of the three-phase stepper motor control system and how to use the 80C51 microcontroller to control it, three-phase stepper
motor working pressure, which I learned in the classroom computer control technology is to consolidate and strengthen the knowledge, let me put the theory of knowledge in classroom
the real practical use, hands-on, enhance my ability to do design, a good effect on their future learning and work development.
Keywords: three-phase stepper motor microcontroller Proteus
四相步进电机控制系统的设计
1 课程设计任务和要求
1.1课程设计任务
设计一个四相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用SW0-SW2做为通电方式选择键，SW0为四相单四拍，SW1为四相双四拍，SW2为四相八拍；SW3为启动/停止控制、SW4方向控制；SW5速度控制（快慢两档）；用4位LED数码管显示工作步数。用3个发光二极管显示状态：正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮。
要求完成的主要任务:
1．硬件设计：系统总原理图及各部分详细原理图
2．软件设计：系统总体流程图、步进电机单四拍，双四拍，四相八拍各模块流程图、显示模块流程图等
3．编写程序：能够完成上述任务
4．完成符合要求的设计说明书。
1.2课程任务要求
题目要求设计一个四相步进电机控制系统，它需要具有以下几个基本功能：
1.四相步进电机控制系统能实现四种运行方式,能够以四相单四拍工作方式运行，通电顺序为：A-B-C-D-A;四相双四拍工作方式运行，通电顺序为：AB-BC-CD-DA-AB;四相八拍工作方式运行，通电顺序为：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A,因此要输出相应的控制字进行控制。
2.四相步进电机控制系统能实现正转和反转和调速（快和慢）控制，能够改变电机运行的方向和速率.
3.四相步进电机控制系统有显示功能，可以采用共阴极的LED数码管对步数进行显示。
4.四相步进电机的工作性能可靠，电路设计简单.
2 课程设计的方案比较及选择
2.1 步进电机驱动方案选择
方案1：使用功率四极管等电子器件搭建成功率驱动电路来驱动电机的运行。这种方案的驱动电路的优点是使用电子器件联接，电路比较简单，但容易受干扰，信号不够稳定，缺点是器件较大而不便电路的集成，使用时很不方便，联接时容易出错误。
方案2：使用专门的电机驱动芯片ULN2003A来驱动电机运行。驱动芯片的优点是便于电路的集成，且驱动电路简单，驱动信号很稳定，不易受外界环境的干扰，因而设计的四相步进电机控制系统性能更好。
通过对两种方案的比较，我选择方案2使用ULN2003A电机驱动芯片来作为驱动。2.2 LED显示方案选择
方案1：把所需要显示的数据通过专用的七段显示译码器（例如7448）的转换输出给LED显示屏。优点是输出比较简单，可以简化程序，但增加了芯片的费用，电路也比较复杂。
方案2：通过程序把所要的数据转化为七段显示的数据，直接通过单片机接口来显示，其优点是简化了电路，但增加了软件编写的负担。
通过对两种方案进行比较，我选择通过软件编写来输出显示信号，即单片机直接和显示器相连。
2.3 控制状态的读取
方案1：把按键接到单片机的中断口，若有按键按下，单片机接收到中断信号，再通过软件编写的中断程序来执行中断，优点是接线简单，简化了电路，但软件编写较为复杂，不易掌握。
方案2：不使用中断，直接把开关分别接在单片机的接口上，通过查询端口信号来动作。其优点是程序得到简化，可读性加强。
通过对方案的比较，我选择通过查询方式来读取端口信号。
3 控制系统的工作原理
3.1 四相步进电机控制工作原理
3.1.1步进电机的工作原理
图1 步进电机四相接线图
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：
a. 单四拍
b. 双四拍
c.八拍
图2.步进电机工作时序波形图
3.1.2 步进电机的工作方式
四相步进电机可以在四相单拍，四相双拍和四相八拍四种工作过方式下工作。在
四相单四拍工作方式运行时，通电顺序为：A-B-C-D;四相双四拍工作方式运行时，通电顺
序为：AB-BC-CD-DA;四相八拍工作方式运行时，通电顺序为：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A,因
此要输出相应的控制字进行控制。
3.1.3步进电机的转向控制
如果给定工作方式正序换相通电 ,步进电机正转。若步进电机的励磁方式为四相八
拍 ,即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。如果按反序通电换相 ,即则电机就反转。其他方式情
况类似。
3.1.4步进电机的启停控制
步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感 ,即振动感。为了使电机转动平滑 ,减
小振动 ,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波 ,可以减小步进电机的步进角 ,提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时 ,为了防止因惯性而使电机轴产
生顺滑 ,则需采用合适的锁定波形 ,产生锁定磁力矩 ,锁定步进电机的转轴 ,使步进电机的转轴不能自由转动。
3.1.5步进电机的速度控制
步进电动机运转的速度是由输入到A、B、C、D四相绕组的频率所决定的。脉冲的频率越高，电动机运转的速度越快，否则，速度就越慢。因而通过延时程序控制输出脉冲的频率，就可以实现对步进电机速度的控制。
3.2 控制系统的设计思路
此次我所设计的是一个四相步进电机控制系统，主要由单片机80C51，4相步进电机，7段数码管，及一些其他相关元件设计而成。可以通过开关来控制系统的启/停工作，当系统运转时，用开关来控制方向，并使相应的指示灯亮起，同样由开关来选择工作模式。运转时，用4位7段数码管来输出步数。最后根据思路所设计出来的硬件图设计相适应的软件。
3.3 控制系统的整体框图
下图为系统总体设计整体框图，单片机80C51，ULN2003A驱动芯片，四相步进电机，7段LED数码管等一些电路模块组成。
图3 系统的整体框图
4 控制系统的硬件设计
4.1 总体的硬件设计
设计一个单片机四相步进电机控制系统要求系统具有如下功能：
(1) 用SW0-SW2做为通电方式选择键，SW0为单四拍，SW1为双四拍，SW2为四相八拍； (2) SW3、SW4分别为启动和方向控制；
(3) 正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指示灯亮； (4) 用4位LED 显示工作步数。
根据设计要求用PROTEUS 所做的硬件连线图如图4：
80C51 单片机
LED 显示步数模块
开关选择电机工作模式
LED 显示灯显示电机工作状态
四相步进电机驱动模块
图4 总体硬件连线4.2 四相步进电机控制电路
4.2.1启/停控制、正/反转控制、工作模式控制电路分析
原理图如图5所示：
图5 按键控制图
（1）SW0-SW2为工作模式控制开关，SWO接电时，为步进电机单四拍工作模式；SW1接电时，为步进电机双四拍工作模式；SW2接电时，步进电机工作模式为四相八拍，
（2）SW3为启动/停止控制开关，控制整个系统的开启和关闭。
（3）SW4为正转/反转控制开关，控制步进电机的转向。
（4）SW5速度控制（快慢两档）。
4.2.2步进电机驱动电路
将80C51的P1.0-P1.3作为步进电机的输出控制口。电路图如下所示：
图6 步进电机的输出控制口
4.3 LED显示电路
4.3.1发光二极管显示电路
用3个不同颜色的发光二极管来作为指示灯显示，将P3.6接红灯，P3.7接黄灯，P3.3接绿灯，正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指示灯亮。电路图如下：
图7 指示灯接线图
4.3.2八段数码管显示电路
由80C51的P0口取出显示码，从80C51的P2.0-P2.3输出位选码，设计中我们主要用到4位显示步数既可。原理图如下：
图8 显示器接线图
5控制系统的软件设计
5.1 总体的软件设计
5.1.1步进电机的工作方式 （1）四相单四拍工作方式
在这种工作方式下,A 、B 、C 、D 四相轮流通电,电流切换四次,磁场旋转一周,转子向前转过一个齿距角。因此这种通电方式叫做四相单四拍工作方式。A-B-C-D 为正转，D-C-B-A 为反转这时步距角θb (度)为
mz b 360
=
θ (公式
1)
式中:m ──步进电机工作拍数; z ──转子齿数
四相单四拍的数学模型： 步序 控制位
工作
状态 控制 模型 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 D 相 P1.2 C 相 P1.1 B 相 P1.0 A 相 1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H 4
1
0 0
D
08H
表1
（2）双四拍工作方式
在这种工作方式下，每次都是有两相导通,两相绕组处在相同电压之下,以AB ─BC ─CD ─DA ─AB (或反之)方式通电,故称为双四拍工作方式。以这种方式通电,转子齿所处的位置相当于八拍控制方式中去掉单四拍后的四个位置。它的步距角计算公式与单四拍时的公式相同。
极分度角/齿距角= R + SW ·1/m
进一步化简得齿数z:
()k mR q z += (公式2)
式中:m ──相数; q ──每相的极数; SW ──≤ (m - 1)的正整数; R ──正整数,为0、1、2、3……。 四相双四拍的数学模型： 步序 控制位
工作
状态 控制 模型 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 D 相 P1.2 C 相 P1.1 B 相 P1.0 A 相 1 0 0 0 0 0 0 1 1 AB 03H 2 0 0 0 0 0 1 1 0 BC 06H 3 0 0 0 0 1 1 0 0 CD 0CH 4
1
0 0
1
DA
09H
表2
（3）四相八拍工作方式
在这种工作方式下,绕组以A —AB —B —BC —C —CD —D —DA —A 时序(或反时序)转换8次,磁场旋转一周,转子前进一个齿距,每次切换均使转子转动1. 5°,故这种通电方式称为四相八柏工作方式。其步距角θb 为:
mz
b 2360
=
θ (公式3)
式中:m ──步进电机工作拍数; z ──转子齿数 四相八拍的数学模型： 步序
控制位
工作
状态
控制 模型
P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 C 相 P1.1 B 相 P1.0 A 相
1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H
2 0 0 0 0 0 0 1 1 AB 03H
3 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H
4 0 0 0 0 0 1 1 0 BC 06H
5 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H
6 0 0 0 0 1 1 0 0 CD 0CH
7 0 0 0 0 1 0 0 0 D 08H
8 0 0 0 0 1 0 0 1 DA 09H
表3
5.1.2 系统总体流程图
设计说明：首先复位单片机，然后从P3口读出开关状态，判断是否启动，没启动绿灯亮重新确认启动。启动后再次读取P3口数据，判断工作方式并将对应的用来存储步进电机工作方式字的数组首地址值给q。由P3.4口的双向开关来控制步进电机的正反转，如果是正转则红灯亮，反转则绿灯亮。在电机每走一步后，步数记数加1，然后通过LED显示把工作步数显示出来。再从P3口把状态信息读出来，与之前的P3口的状态信息进行比较。如果状态信息没有改变，电机继续运行。如果状态信息改变了，就需要重新返回程序的开端，对电机的运行状态进行判断，让电机重新以新的状态运行。由此，开关的状态在电机每走一步都会查询一遍，做到实时地反映。
图9 总体流程图
5.2 系统关键模块设计
5.2.1. 四相步进电机模块设计
设计说明：在此设计中，采用的是四相步进电机，对于步进电机模块的程序设计采用
开始
P3口、步数清零
数码管输出0
绿色显示灯亮
以已选择的序列输出控制字
K0/K1/K2选择工作方式控制字序列
短延时 长延
步数自增一
启/停按键K3按下？
正/反转按键K4按下？
选择正转控制字序列
红灯亮 选择反转控制字序列
黄灯亮
启/停按键K3按下？
数码管输出步进步数
调速键K5按下？
Y
Y 选择
选择
N
N
N
循环程序设计方法。先把正反转向的控制模型存放在内存单元中，然后再逐一从单元中取出控制模块并输出。首先启动，选择步进电机的拍数，输入步数，然后读入正反转的控制模型驱动步进电机转动。 四相步进电机的流程框图：
图10 四相步进电机的流程框图 5.2.2显示模块设计
设计说明：显示模块是用4位八段数码管来显示工作步数。先将显示码存入数组中，指向最左边一位，然后取出要显示的数据，指向换码表首地址，取出显示码，从P0口输出显示码，P2口输入位选码，显示出4位工作步数，最后修改数组地址，求下一位位选码继续显示。
分模块入口
P1.0=1？
不输出任何信号
P1.1=1？
P1.2=1？
选择四相八拍控制字序列输出
分模块出口
N Y
N N
Y
Y
图11 显示模块的程序框图
5.2.3进电机调速模块流程图
动态显示步数子程序
取出要显示的步数据
求待显示数据的显示码
送位段码到P0口输出
送位选码到P2.0-P2.3输出
延时
4位显示完了吗
返回
修改数组地址
求下一位选码
N 主程序
Y
如图5.8为步进电机调速模块流程图，当P3.4=1时，即SW5按下，系统选择单位延时程序的循环次数为5，此时步进电机快速运转，当P3.4=0时，即SW5无效，系统选择单位延时程序的循环时间为50次，此时步进电机慢速运转。
6 系统仿真结果
6.1 四相步进电机四种工作方式
图12为步进电机工作在四相单四拍，此时SW0,SW3接高电平，SW1,SW2接低电平启动；图13为步进电机工作在四相双四拍，此时SW1,SW3接高电平,SW0,SW2接低电平；图14为步进电机工作在四相八拍，此时SW0,SW1接低电平,SW2,SW3接高电平；若SW4接高电平则反转，低电平则正转；若SW5接高电平速度快，接低电平速度慢。这四种工作方式工作不同，四相单四拍时，通电顺序为A-B-C-D-A;四相双四拍时，通电顺序为AB-BC-CD-DA;四相八拍时，通电顺序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA;以上通电方式是三种工作方式正转的情况，若要反转，则通电方式放过来即可，
模块入口
P3.4=1?（K5按下？）
RRR=50（循环次数为5）
调用单位延时程
序
k 自增一
返回
j=RRR ？（达到要求次数）
RRR=500
（循环次数为50）
图12 步进电机调速模块流程图
Y k=0
N
Y
N
第十一章步进电动机传动控制系统 11.1 步进电动机 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就转过一个固定的角度（步距角），顺序连续地发给脉冲，则电机轴一步接一步地运转。 图11.1 步进电动机实物图 步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比，运行中无累积误差。 步进电机能方便地实现正、反转和调速、定位控制。特别是不需位置传感器或速度传感器就可以在开环控制下精确定位或同步运行。因此，步进电动机广泛应用在数字控制的各个领域。如各种数控机械、办公自动化产品、工厂自动化机器、计算机外设等。 步进电动机的缺点是不能达到很高的转速（一般小于1000到2000转/min）。存在低频振荡、高频失步等缺陷。另外，步进电机自身的噪声和振动较大。 一、步进电动机的工作原理 步进电动机的种类很多，按工作原理分，有反应式（Variable-reluctance）、永磁式（Permanent-magnet）、混合式（Hybrid）三种。按输出转矩大小分，有快速步进电机、功率步进电机。按励磁相数分有二、三、四、五、六、八相等。按定子排列还可分为多段式(轴向式)和单段式(径向式)。 步进电动机的结构形式虽然繁多，但工作原理基本相同，下面仅以三相反应式步进电动机为例说明之。
如图11.2所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图。和一般旋转电动机一样， 步进电机也分为定子和转子两大部分。定子部分由定子铁心、绕组、绝缘材料等组成。定子铁心是由硅钢片叠压而成的有齿的圆环状铁心。图中定子有6个磁极，每对磁极上绕有励 磁绕组，由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。如图所示。 转子部分由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心。图中转子上有4个凸齿。 若对励磁绕组以一定方式通以直流励磁电流，则转子以相应的方式转动。其转动原理其实就是电磁铁的工作原理 。 比如，给A 相绕组通电时，转子位置如图（a ），转子齿偏离定子齿一个角度。由于励磁 磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因。 A'A K1K2K3 B'C' B C
几种典型的步进电机闭环控制系统 工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。 【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。 但是，步进电机的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。另一方面，开环控制的步进电动机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度比较低。因此，在精度和稳定性标准要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。 步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和（或）速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电动机的性能。 在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时，扩大工作速度围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。步进电动机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点： a．随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制提高了矩频特性。 b．闭环控制下，输出功率／转矩曲线得以提高，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度围，电流也能够充分转换成转矩。 c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控
步进电机的速度控制 步进电机区别于其他控制用途电机的最大特点是，它可接受数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位移，因而本身就是一个完成数字模拟转化的执行元件。而且它能进行开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量。这样的增量位置控制系统与传统的直流伺服系统相比，其成本明显降低，几乎不必进行系统调整。因此，步进电机广泛应用于数控机床、机器人、遥控、航天等领域，特别是微型计算机和微电子技术的发展，使步进电机获得更为广泛的应用。 步进电机的速度特性 步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。由于步进电机是借助它的同步转矩而启动的，为了不发生失步，启动频率是不高的。特别是随着功率的增加，转子直径增大，惯量增大，启动频率和最高运行频率可能相差10倍之多。 为了充分发挥电机的快速性能，通常使电机在低于启动频率下启动，然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度，所选择的变化速率要保证电机不发生失步，并尽量缩短启动加速时间。为了保证电机的定位精度，在停止以前必须使电机从最高速度逐步减小脉冲率降到能够停止的速度（等于或稍大于启动速度）。因此，步进电机拖动负载高速移动一定距离并精确定位时，一般来说都应包括“启动－加速－高速运行（匀速）－减速－停止”五个阶段，速度特性通常为梯形，如果移动的距离很短则为三角形速度特性，如图１所示。 图1 步进电机的速度曲线 步进电机控制系统结构 PC机在适当的时刻通过对硬件控制电路上的8253计数器0赋初值，设置好加减速过程的频率变化（即速度、加速度变化），以防止失步。例如，在点位控制中设置好速度曲线图，在起动和升速时，使步进电机产生足够的转矩驱动负载，跟上规定的速度和加速度；在减速时，下降特性使负载不产生过冲，停止在规定的位置。硬件控制电路板上的8253产生脉冲方波作为中断信号源，启动细分驱动电路中的固化程序以产生一定频率的脉冲，经功率放大后驱动步进电机运动。步进电机运动方向的改变及启动和停止均由计算机控制硬件控制电路实现。 图2 步进电机控制系统 软件和硬件结合起来一起进行控制，具有电路简单、控制方便等优点。在这种控制中，微机软件占用的存储单元少，程序开发不受定时限制。只要外部中断允许，微机就能在电机的每一步之间自由地执行其他任务，以实现多台步进电机的运动控制。 定时器初值的确定 步进电机的实时控制运用PC机，脉冲方波的产生采用8253定时器，其计数器0工作于方式0以产生脉冲方波，计数器 1工作于方式1起记数作用，8253计数器0的钟频由2MHz晶振提供。设计算机赋给8253计数器0的初值为D1，则产生的脉冲方波频率为f1=f0/D1，周期为T1=1/f1=D1/f0，D1=f0T1=f0/f1。其中，f1为启动频率，f0为晶振频率。步进电机升降速数学模型为使步进电机在运行中不出现失步现象，一般要求其最高运行频率应小于（或等于）步进响应频率fs。在该频率下，步进电机可以任意启动、停止或反转而不发生失步现象。步进电机升降速有两种驱动方式，即三角形与梯形驱动方式（见图1），而三角形驱动方式是梯形驱动的特例，因而我们只要研究梯形方式。电机的加速和减速是通过计算机不断地修改定时器初值来实现的。在电机加速阶段，从启动瞬时开始，每产生一个脉冲，定时器初值减小某一定值，则相应的脉冲周期减小，即脉冲频率增加；在减速阶段，定时器初值不断增加，
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
课程设计说明书 课程设计名称：数字电路课程设计 课程设计题目：步进电机简单的控制电路 学院名称：南昌航空大学信息工程学院 专业：班级： 学号：姓名： 评分：教师： 2013 年 9 月 9 日 数字电路课程设计任务书 20 13－20 14 学年第 1 学期第 2 周－ 4 周
注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
步进电机是一种原理为利用电子电路的电脉冲信号转变为角位移或线位移的感应电机。通过简单的数字电路来控制它的转速并可以利用数码管来计算其转动的圈数，便可以实现电机的正反向转动，并且在数码管上精确的显示出它转动的圈数，从而广泛应用于实际生活当中。其中涉及到计算机，数字电路，电机，机械，完成了简单的自动化控制流程，将所学知识应用于工程中，增加实践动手能力。 关键词：分频、时序控制、脉冲计数
前言 (1) 第一章设计内容及要求 (1) 第二章系统的组成及工作原理 (2) 第三章单元电路设计 (2) 3.1多谐振荡器 (2) 3.2 步进电机信号控制电路 (3) 3.3转速的测量及显示电路 (4) 第四章调试 (5) 4.1电路排板及制作 (5) 4.2电路的调试 (5) 第五章总结 (6) 附录1：设计原理图 (7) 附录2：PCB电路图 (8) 附录3: 元件清单 (9)
前言 步进电机最早出现于上世纪，源于资本主义的造船工业，是一种可以自由转动的电磁铁，其工作原理和如今的反应式电机差不多，是依靠磁导来产生电磁矩，从而实现转动。 到了80年代之后，微型计算机逐步的应用于工业与生活中，使得步进电机的控制更加的灵活多样，最主要的是利用分立元件或者小型的集成电路来控制，但是对元件的需求量很大，调试也很复杂，出现问题需要花大量的精力来调试，因此，通过计算机软件来控制步进电机是必然的趋势，以提高工作效率。 现在的步进电机主要是由数字电路组成，也是利用集成电路来控制电路，但是大大的提高了其精度，更好的满足工业发展的需要。目前用到最多的是混合式步进电机，并具有很好的发展前景。 步进电机按照工作原理可分为永磁式、磁阻式和永磁感应子式三种。 今后步进电机将会有以下四个方面的发展，为减小其占用的空间从而会往小型方向发展，以更加的适用于工业制造当中；为增加力矩，从而会将圆形改为方形，以提高其工作效率；为体现其优越的控制性能，从而会偏向于一体化设计，以实现电子自动化控制，更加灵活方便；为降低其成本，增加其性能，从而会向三相和五相的方向发展，以充分实现其优越性能。 步进电机以其显着的特点，在电子数字化时代将发挥重大作用，将广泛应用于数控车床、机器人、航空工业和电子领域中，可完成工作量大，任务复杂、精度高的制造业以及代替人类完成不利于身体健康的工业中，为生活带来更多的便利。 第一章设计内容及要求 基本要求：1、利用proteus软件设计步进电机的工作原理图，并进行仿真。 2、调试及实现。 （1）实现步进电机根据输入的脉冲旋转的相应圈数。 （2）可以实现复位，正反转控制，由4个LED代替4个线圈。 （3）实现步进电机的加速、减速功能。
《机电传动控制》课程总复习2016 一、选择题 1、电动机所产生的转矩在任何情况下，总是由轴上的负载转矩和_________之和所平衡。 （ D ）A．静态转矩B．加速转矩C．减速转矩D．动态转矩 2、机电传动系统稳定工作时中如果T M>T L，电动机旋转方向与T M相同，转速将产生的变化是。（ B ）A．减速B．加速 C．匀速D．停止 3、机电传动系统中如果T M 步进电机自动控制系统 设计内容 设计用P C机对四相步进电机，方向，步数及自动化控制系统，并编写汇编程序实现相应轻能。 设计要求 （1）设计控制系统硬件电机。 （2）由8255键盘控制电机的方向，走的步数,并由数码管显示相应的参数。 （3）在命令执行结束后，由PC内部扬声器发出信号提示。 设备与器材 PC机一台，TPC－1实验台一个，并行接口8255一片，步进电机一个，LED数码管4个，74ls164按键11个，GAL芯片一个，74LS245一片。 硬件方案 硬件共分成5个模块：①译码驱动电路，②8255控制键盘模块③8255LED显示模块，④步电机驱动模块，⑤步进电机模块 a) 译码驱动电路 方案一使用适当的门电路来实现不同地址的，用74LS245做数据驱动，缺点： 由于只使用门电路，电路连线非常复杂 方案二使用76LS138和适当门电路实现译码，相对于方案一电路复杂度有一定的改观，在TPC实验箱上使用这种译码方案 方案三使用可编程逻辑器件GAL16V8实现译码功能，用GAL优点：成本低，电路连线少。本设计选择这个方案来实现译码功能。 a)键盘模块 方案一用8255 12个口直接接按键，此方法成本高，不使用行列法，浪费端口，如用行列法只用7个端口。 方案二使用2个74LS273或74LS373控制键盘，其中一个控制行，273反向从键盘中读数据，另一个控制列选，273正向向键盘发数据。 方案三使用7281芯片同时控制键盘和数码，7281通过串行口和总线通信，端口使用少，且操作方便。 方案四PC0~4，PB0~4分别控制16个按键。由于本模块技术已经成熟，在应用中广泛使用，所以本设计选择此方案来实现。 c) LED数码管显示模块 方案一74LS138一片，ULN2803A一片和74HC573一片，来实现显示，74LS138译 码送UNL2083A通过UNL2083A控制位，通过74HC573控制数据，本方案，成本较高，要单片机中有使用比较多。 方案二使用一片8255A控制两个74HC573和一个正相驱动器74LS07和一个反相驱 动器74LS06分别控制4个LED位选和编码数据传输。此方案用到了8255A由于模块②中用到的8255A3个口都以使用，再用一个8255A成本比较高。 方案三通过一个片信号，两个74HC373和一个正相驱动器74LS06和一个反相驱动 器74LS07分别控制3个LED位选和编码数据传输。此方案成本低，但是软件实现的点复杂。 方案四使用4个74HC373和控制4个LED编码数据，用8255A PC高位和总线片选信号控制数据输入位选，由于是静态显示，一般用于1个或2个数码管的显示。 方案五使用4个74LS164，通过串行移位来实现LED显示。成本不高，使用端口少，可以直接通过8255PC7和PB7口，一个做为移位控制，一个送数据。本设计使用此方案 d) 步进电机驱动模块 文件编号：TP-AR-L2541 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 基于单片机步进电机速 度控制研究(正式版) 基于单片机步进电机速度控制研究 (正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 本文对步进机一个全面的介绍，再基于单片机对 步进电机的控制。本文采用硬件控制系统，通过单片 机MC9S12XS128与光电编码器对步进电机进行速度的 控制。最后对步进电机的速度曲线进行研究。 步进电机又称为脉冲电动机或者阶跃电动 机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一， 广泛应用于各种自动化控制系统之中，比如当今电子 钟表、工业机械手、包装机械和汽车制动元件的测试 中等。步进电机在未来应用前景会往更加小型化、从 圆形电动机往方形电动机和四相、五相往三相电动机 发展。而这便需要对步进电机的控制提出了更高的要求。 1.步进电机综合介绍 1.1.步进电机分类 步进电动机的种类很多，从广义上讲，步进电机的类型分为机械式、电磁式和组合式三大类型。按结构特点电磁式步进电机可分为反应式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大类；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。 1.1.1.反应式步进电机 反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。一般为三相，可实现大扭矩的输出，步进角一般为1.5度。它的结构简单，成本低，但噪音大。 毕业设计（论文） 学院 专业 姓名 XX大学 毕业设计（论文）任务书 前言 随着现代工业自动化的日益发展，电动机作为重要的电器元件，被广泛的应用在各种自动化控制系统中。步进电动机由于其具有易于电脑操作、步数误差小、精度高、使用系统时间长和成本低等优点，被广泛应用于工业控制中。其中五相混合式步进电机总体性能优于其它种类的步进电动机，是工业上应用最为广泛的步进电动机品种，被广泛的应用在各个领域中。所以对五相步进电动机实现自动化是工业自动化的必然趋势。打印机作为计算机的输出设备之一，运用步进电动机作为打印机的字车动力源和走纸机构，通过牵引机构将步进电动机的转动转变为走纸移动，可以实现打印纸的纵向移动，因其要求精度比较高，所以，打印机的走纸结构能够使用五相步进电动机来控制。对五相步进电动机的使用，工业中应用比较广泛，但大都应用于高精度的机床控制系统中，整个系统比较庞大，所以，本文以步进电动机在的打印机中的精密控制为背景介绍使用PLC控制五相步进电动机按照给定频率自动运行和自由调速的模拟控制方法。 摘要 主要阐述了以五相步进电动机在针式打印机走纸结构中的应用为背景，介绍了一种用三菱FX-2N系列PLC实现对规格型号90BYG550A-0301的五相步进电动机控制的方法，利用PLC产生脉冲信号对五相步进电动机进行模拟控制，实现对五相步进电动机五个绕组的通电状态，达到五相步进电动机按照固定速度的循环自动运行的目的，并实现步进电动机正反转和调速控制。用PLC控制五相步进电动机驱动针式打印机的走纸结构控制纸张的进退，实现打印机的打印工作。基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，定位精度搞，参数设置灵活等有点，在工业过程控制中使用可靠性高，监控方便。本设计还包括步进电动机的工作原理和特点，PLC的主要功能和应用，各硬件软件元件的介绍选择以及控制程序的编程方法。 关键字：五相步进电动机，PLC控制 黄冈职业技术院 系别:07 机电工程系 专业: 应用电子 班级:二班 设计者:戴久志、邓修海、徐凯 指导老师: 温锦辉 设计课题: 液晶8279步进电机系统 设计时间: 二0一一年四月二十号 步进电机控制电路设计 1、系统基本方案 根据设计要求，步进电机控制电路可以分为控制模块、显示模块、电源模块、键盘模块、电机驱动模块、步进电机部分。步进电机控制电路基本模块方框图如图1.1所示。 2、系统硬件设计与实现 2．1、步进电机介绍 随着工业技术的不断进步，在自动化控制、精密机械加工、航空航天技术及所有要求高 精度定位等高新技术领域，步进电机的得到了广泛的应用。步进电机是一种将脉冲信号转化为角位移的执行机构。若在其输入端加入有规律的脉冲信号,就能驱动步进电机按设定的方向移动一定的距离或转动一个角度（称为“步距角”）。从结构上步进电机分为单相、双相、三相、四相、五相、六相等多种。本次设计使用步进电机分为A、B、C、D四相绕组，每相通电一次称为一拍。四相步进电机根据不同的通电规律可分为几种工作模式： ⑴、四相单四拍：A-B-C-D； ⑵、四相双四拍：AB-BC-CD-DA； ⑶、四相单八拍：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA； ⑷、四相双八拍：AB-ABC-BC-BCD-CD-CDA-DA-DAB。 步进电机的正反转与电机每相的通电顺序有关，可以改变相序来改变电机的正反转。步进电机每步所旋转角度的大小，称为步距角（βB）。它是由电机本身转子的齿数（Z R）。一个通电循环内通电节拍数（M Q）决定的。即βB=360/ Z R M Q。电机出厂的步距角是固定的。四相步进电机的步距角为0.90/1.80(表示半步工作时为0.90，整步工作时为1.80)。步进电机转速的高低与控制脉冲频率有关。改变控制脉冲频率，可改变电机转速。 2．2、步进电机驱动模块 步进电机的驱动电路采用常用的电动机驱动芯片L298，它能够接受标准的TTL电平控制信号，驱动电机。L298操作时能提供的电压能达到46V，直流电流4A，具有过热保护功能，逻辑“0”的输入电压达到1.5V。L298在控制器的控制下驱动一个步进电动机，控制器产生L298年需的控制信号，以控制步进电机的运动状态。为了防止定子绕组的电感作用，使得电流切换时产生过电压，步进电机每相绕组两端都须并联一个用天在换相时起续流作用的肖基特二极管。步进电机驱动电路原理图如图 图2.2.1 步进电机驱动电路原理图 2．3、控制子程序 2．3．1、四相单四拍正转子程序 四相单四拍正转子程序主要用于控制步进电机以步距角为 1.80角度顺时针旋转。控制器从端口依次向步进电机的每相输出脉冲信号。每输出一个脉冲信号步进电机转动一定的角度。其工作模式为：A-B-C-D。 ;******单四拍正转****** MOV P1,#01H ACALL DELAY2 MOV P1,#02H ACALL DELAY2 MOV P1,#04H ACALL DELAY2 MOV P1,#08H ACALL DELAY2 2．3．2、四相单四拍反转子程序 四相单四拍反转子程序主要用于控制步进电机以步距角为 1.80角度逆时针旋转。其工作模式为：D-C-B-A。 ;******四拍反转****** 目录 1 概述 (1) 1.1 PLC控制步进电机研究的意义 (1) 2 基于PLC的步进电机控制系统设计 (9) 2.1 系统的组成及功能 (9) 2.2 步进电机特性 (9) 2.3 PLC介绍 (12) 2.4 步进电机控制系统程序设计 (13) 3 磁头定位 (20) 3.1 硬盘工作原理 (20) 3.2 磁头及定位系统 (23) 4 难题及解决过程 (24) 5 结论 (25) 结束语 (28) 致谢 (29) 参考文献 (30) 附录A (31) 1 概述 1.1 PLC控制步进电机研究的意义 基于步进电动机良好的控制和准确定位特性，被广泛应用在精确定位方面，诸如数控机床、绘图机、扎钢机、自动控制计算装置、自动记录仪表等自动控制领域。 PLC作为简单化了的计算机，功能完备、灵活、通用、控制系统简单易懂，价格便宜，可现场修改程序，体积小、硬件维护方便，价格便宜等优点，在全世界广泛应用，为生产生活带来巨大效益方便。因此，通过研究用PLC来控制步进电动机的，既可实现精确定位控制，又能降低控制成本，还有利于维护。以往的步进电动机需要靠驱动器来控制，随着技术的不断发展完善，PLC具有了通过自身输出脉冲直接步进电动机的功能，这样就有利于步进电动机的精确控制。本课题《基于PLC的步进电机磁头定位系统设计》就是利用PLC控制步进电机在硬盘工作时磁头定位的研究。 1.2 国内外关于步进电机和PLC的应用状况 1.2.1 步进电机方面 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。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。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。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机、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。控制涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 目前，国内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，大部分的厂家只有一、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，选用步进电机时应该十分注意以下一些指标。 （1）步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB， https://www.doczj.com/doc/5214494440.html,/gykz/2010/0310/article_2772.html 引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，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；其次，通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到涮速的目的。目前，步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，在机电一体化产品中应用广泛，常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有l297和l298组合应用、3977、8435等，这些芯片一般单相驱动电流在2 a左右，无法驱动更大功率电机，限制了其应用范围。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片tb6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案 1步进电机驱动电路设计 1.1 tb6560简介 tb6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有：内部集成双全桥mosfet驱动；最高耐压40 v，单相输出最大电流3.5 a(峰值)；具有整步、1／2、1／8、1／16细分方式；内置温度保护芯片，温度大于150℃时自动断开所有输出；具有过流保护；采用hzip25封装。tb6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路：控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。 1.2步进电机控制信号隔离电路 步进电机控制信号隔离电路如图1所示，步进电机控制信号有3个(clk、cw、enable)，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个：首先，防止电机干扰和损坏接口板电路；其次，对控制信号进行整形。对clk、cw信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本设计中选择2片6n137高速光耦隔离clk、cw，其信号传输速率可达到10 mhz，1片tlp521普通光耦隔离enable信号。应用时注意：光耦的同向和反向输出接法；光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源，否则不能起到隔离干扰的作用。 机电传动控制复习提纲 第一章机电传动的动力学基础 1.机电传动运动方程的几种形式 2.1、2.2、2.3题 2.飞轮矩、转动惯量的折算 2.7、2.8 3.机电传动系统稳定平衡点的判断 2.11 第三章直流电机的工作原理与特性 1.基本方程 电动势方程：E k e n 电磁转矩方程：T k t I a 电枢回路电动势平衡方程：U E I aR 2.固有机械特性与人为机械特性（电枢串接电阻、改变电枢电压、改变磁通）的曲线与特点 3.计算题类型：3.10、3.15；分析题类型：3.21 第四章机电传动系统的过渡过程（略） 第五章交流电动机的工作原理及特性 1.固有机械特性（式5.27）与人为机械特性（降低电源电压、定子回路串接电阻或电抗、改变电源频率、转子回路串接电阻） 2.交流电机启动方法 3.三相异步电动机调速特性（式5.36） 4.单相异步电动机工作原理 5.计算题类型：5.6、5.11 第六章控制电机 1.两相交流伺服电机消除自转的方法 第七章机电传动控制系统中常用的检测元件 略 第八章继电器-接触器控制 1.继电器-接触器控制的基本线路 （直接启动、转子串接电阻启动、正反转控制、Y—△接法降压启动） 例题：8.18 第九章PLC控制 1.PLC基本结构 2.PLC等效继电器 3.梯形图编程 4.例题：三相异步电机启停控制、三相电机正反转控制、三相电机Y-△启动控制、搬运机械手控制 《机电传动控制》复习重点 第2xx机电传动的动力学基础 机电传动系统的运动方程式 会判断驱动力矩和负载力矩的正负号 并能够根据该方程式判断机电系统的运动状态 动态转矩的概念 机电传动的负载特性 什么是负载特性：电动机轴上的负载转矩与转速之间的关系 4种典型的负载特性曲线 恒转矩负载包括反抗性恒转矩负载和位能性负载 机电传动稳定运行的条件 充分必要条件 掌握判断稳定工作点的方法 第三章直流电机的工作原理及特性 直流电机既可以用作电动机也可以用作发电机 任何电机的工作原理都是建立在电磁力和电磁感应的基础上的 直流电机做发电运行和电动运行时都会产生电动势E和电磁转矩T，但是不同的运行方式下其作用是不同的 电势平衡方程 力矩平衡方程 并励发电机电压建立的三个条件是什么？ 大连理工大学本科设计报告题目：步进电机转速控制系统设计 课程名称：单片机综合设计 学院（系）：电子信息与电气工程学部 专业： 班级： 学号： 学生姓名： 成绩： 2013 年7 月20 日 题目：步进电机转速控制系统设计 1 设计要求 1)利用ZLG7290的键盘控制直流电机（或步进电机的转速、转向）； 2)也可以利用ADC模块（与电位器配合），利用电位器控制转速； 3)利用ZLG7290的8位LED数码管显示电机转向、转速参数显示。 2 设计分析及系统方案设计 实验要求使用步进电机作为被控制对象，由ZLG7290做人机对话平台，利用单片机的P1（8位）和P3（部分口线）构造系统。实验最终实现功能、设计思路以及方案设计如以下几个小节所述。 2.1 系统设计实现功能 根据设计要求、现有设备以及知识储备，完成功能如下： ①由按键S1~S8实现转速切换，其中S1~S4正转，S5~S8反转 ②按键S16作为停止键，按下S10后步进电机停止转动，再按S1~S16步进电机按 照按键对应转速以及转向转动 ③按键S10作为复位键，当按下S10后，无论当前处于何种状态，系统恢复至初 始态 ④8为LED数码管显示当前步进电机转速（speed=0/1 1~4），转速前0表示正转， 1表示反转 ⑤若按下停止键，数码管显示当前转速；若按下复位键，数码管显示初始态speed=00 2.2 设计思路 本次的设计是LED显示与步进电机相结合以及若干功能键的组合的一种设计。根据之前学习的按键中断显示实验和定时器实验，使用INT0和INT1，INT0作为按键中断，INT1作为定时器。在主程序中实现LED初始显示、定时器计时初始、按键中断初始。INT0中断调用中断服务子程序实现对按键键值的判断，并根据相应的按键值实现对应步进电机的变化，并显示该按键对应的转速。INT1定时器中断根据INT0的按键键值，对定时器设定相应的初值，实现步进电机按规定的转速转动。对于按键停止，则是利用中断优先级，当INT0的中断优先级高时，系统进入中断，此时INT1停止计时，也就实现了步进电机的停止，当改变定时器与按键中断的优先级时，即把INT0设为低优先级，INT1设为高优先级，步进电机重新开始转动。此时添加一个对INT0位地址的查询，若有按键即正/反转的4档转速所对应的按键，步进电机开始重新转动。对于复位功能，则同样是利用按键键值的判断，在对应键值下控制电机初始化。 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------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.设计技术指标及设计要求----------------------------------------------------------------------------3 三、电路设计------------------------------------------------------------------------------------------------4 1.脉冲发生电路-------------------------------------------------------------------------------------------4 2.环形脉冲分配电路-------------------------------------------------------------------------------------5 3.控制电路-------------------------------------------------------------------------------------------------6 4.驱动电路-----------------------------------------------------------------------------------------------10 5.步进电机-----------------------------------------------------------------------------------------------11 四、电路的组装和调试------------------------------------------------------------------------------------12 1.电路的组装----------------------------------------------------------------------------------------------12 2.电路的调试----------------------------------------------------------------------------------------------13 五、收获和体会---------------------------------------------------------------------------------------------14 六、附录------------------------------------------------------------------------------------------------------15 1.列表-------------------------------------------------------------------------------------------------------15 2.参考资料-------------------------------------------------------------------------------------------------15 3.部分芯片管脚图----------------------------------------------------------------------------------------16 第13章步进电动机传动控制系统 教学内容 13.1 步进电动机 13.2 步进电动机的环形分配器 13.3 步进电动机的驱动电路 13.4 步进电动机的运行特性及选用中应注意的问题 教学安排 本章安排2个学时，采用多媒体授课。 知识点及其基本要求 1．掌握步进电动机步矩角和步进电动机转速的数学表达式及其物理意义； 2．掌握步进电动机的结构、运行特性及影响因素。 重点和难点 重点 掌握步进电动机的通电方式和主要性能指标。 难点 步进电动机的矩角特性和矩频特性。 教学设计 1.了解步进电动机的结构和工作原理，掌握步进电动机的通电方式和求解步距角与转速的公式。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移 或线位移的机电执行元件。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。 (1)步进电动机的结构 右图所示为一台三相反应式步进电动机的 结构示意图，定子有6个磁极，每两个相对 的磁极上绕有一相控制绕组。转子上装有四个 凸齿。 图13-1 步进电动机结构图 （2）步进电动机的基本工作原理 步进电机的工作原理同电磁铁的工作原理，磁通具有力图沿磁阻最小路径通过的特点。 图13-2 三相反应式步进电动机的工作原理图 通电顺序A-B-C-A，转子便按顺时针方向一步步转动。每换接一次，转子前进一个步距角。通电顺序改为A-C-B-A便可反向旋转。 （3）步进电机的通电方式 三相单三拍 通电顺序：A-B-C-A或A-C-B-A，步距角30度（齿距90度） 特点：每次只有一相控制绕组通电吸引转子，易引起在平衡位置振荡，稳定性差，绕组通电换极时易失步。 双三拍 通电顺序：AB-BC-CA-AB或反过来，步距角30度（齿距90度） 特点：始终有两相通电，感应力矩大，静态误差小，定位精度高，工作稳定，不易失步。 三相六拍 通电顺序：A-AB-B-BC-C-CA-A步，距角15度（齿距90度）或A-AB-B-BC-C-CA-A 特点：单、双相轮流通电，通电状态增加一倍、步距角减少一半，但具有双三拍的特点。 （4）小步距角步进电动机 步距角步进电机的一般要求:转子齿数Z必须满足当一相磁极下定子与转子齿数相对时,下一磁极下定子与转子齿的位置错开齿距的1/m,m为相数。步进电机自动控制系统
基于单片机步进电机速度控制研究(正式版)
五项步进电动机的控制
步进电机控制电路设计
基于PLC三相步进电动机控制系统设计(三相步进电动机PLC控制系统)
步进电机驱动电路设计
机电传动控制期末试题
单片机汇编语言步进电机转速控制系统
步进电机控制电路
第13章 步进电动机传动控制系统
相关主题
文本预览