湖北师范学院学士学位论文（设计）开题报告
学生姓名方健
所在
院系
机电与控制工程
学院
所在
班级
0801
指导
教师
万里光
学生学号2008118010141
专业
方向
电气工程及其自动
化
开题
时间
2011．12.1
导师
职称
讲师
论文
题目
基于单片机的步进电机控制系统设计
文献综述：
前言部分
在现代工业和经济生活中，随着工业自动化的发展，电机的应用也越来越广泛，日益成为我们日常生活中不可缺少的一部分，无论是交通工具，还是家用电器都离不开电机的运转。步进电机作为电机的一种，可以靠开路控制做精确的定位，在一些重要的领域有着普通电机不可替代的作用。普遍应用于电脑的外设及工业生产的自动化机具设备中，如NC 车床、切割机，此外机器人的各个关节控制也大量的使用步进电机。
近些年来，由于步进电机的控制精度不断提高，越来越多有较高控制精度要求的系统也开始采用步进电机，步进电机的应用范围进一步扩大。对于小功率步进电机,一般采用单片机与专用步进电机驱动器联合工作的方式，单片机产生脉冲,控制停启、正反转，变速等,专用步进电机驱动器则进行脉冲环形分配及功率驱动，这种控制方式降低成本,缩小体积,简单方便,易于实现。
本论文的目的是设计出基于单片机的步进电机控制系统，包括系统硬件和软件的设计，程序的编写和调试以及实物的焊接。以单片机作为控制系统的核心，设计一个控制系统，通过单片机输出不同的脉冲信号，实现电机的不同运行。在实际中，能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并在LED显示器上显示步进电机转速或工作状态。通过介绍系统的软硬件构成及其特点，详细论述了怎样通过单片机控制其输出来控制步进电机的运转，并对应地在数码管上显示出来。还系统地介绍了步进电机的组成、工作原理和控制方法。同时也对单片机进行了简单的介绍。
单片微型计算机简称单片机，又称为微控制器（MCU），就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、输入输出（I/O）接口电路、中断、串行通信接口等主要计算机部件集成在一块芯片上，组成单片微型计算机。它的出现是计算机发展史上的一个重要里程碑，它以体积小、功能全、性价比高等诸多优点而独具特色，在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一。经过20多年的推广与发展，51系列单片机形成了以个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用，51单片机的发展又进入了以个新的阶段。许多专用功能芯片的内核集成
了51单片机，与51系列单片机兼容的微控制器以IP核的方式不断地出现在FPGA的片上系统中。近年来，基于51单片机的嵌入式实时操作系统的出现与推广，表明了51系列单片机在今后的许多年中依然会活跃如故，而且在很长一段时间中将占据嵌入式系统产品的低端市场。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。单片机广泛应用于家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
单片机有两种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的将程序存储器和数据存储器合用一个存储空间的结构，称为普林斯顿结构或称为冯诺依曼结构。另一种是将程序和数据存储器截然分开而分别寻址的结构，称为哈佛（Har-vard）结构。目前的单片机采用哈佛结构的较多。按数据总线的宽度，单片机分为4位、8位、16位以及32位等。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。您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；同时您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。
步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。
总结部分
将功能强大而应用简单的单片机与应用广泛而运行精确的步进电机结合起来，实行单片机对步进电机的有效控制具有很深远的意义，可以通过简单的程序进行复杂的操作，按照我们的要求控制电机的运行。在日常生活中，将两者结合设计的系统应用在有一定要求
的实物中，不仅可以节约成本，而且功能完善，安全可靠。虽然步进电机的研究已经很成熟了，然而为了满足工业发展的需要，拥有不同功能的步进电机被不断地创造出来，这就决定了我们要熟练地对电机进行控制。
因此，本课题的研究具有十分重要的意义。
参考文献
[1]李蒙, 毛建东.单片机原理及应用[M]. 中国轻工业出版社, 2010.2
[2]周向红. 51系列单片机应用与实践教程[M]. 北京: 北京航天航空大学出版社, 2008.5
[3]郭天祥. 51单片机C语言教程[M]. 北京: 电子工业出版社, 2009.12
[4]杨素行. 模拟电子技术简明教程[M]. 高等教育出版社, 2009.7
[5]谭浩强. C 语言设计[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005.7
[6]刘金华. 数字电子技术[M]. 北京: 北京大学出版社，2010
[7]赵建领. 51单片机开发宝典[M]. 电子工业出版社, 2008
[8]徐益民. 步进电机的单片机控制系统的设计[D]. 哈尔滨：黑龙江科技学院, 2005
开题报告(正文)：
一、论文题目
基于单片机的步进电机控制系统设计
二、研究的目的和意义
2.1、研究目的
综合运用所学的《单片机原理与应用》理论知识，通过实践加强对所学知识的理解，具备设计单片机应用系统的能力，以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并在LED显示器上显示步进电机转速或工作状态。
2.2、研究意义
（1）、了解单片机的内部结构、组成，学习单片机的工作原理以及以及内部工作状态，并熟悉在不同时刻，单片机的输入输出情况。
（2）、了解步进电机的分类和用途，掌握步进电机的内部结构以及工作原理，并学习使用单片机简单控制步进电机的正传、反转、加速、减速，以及简单了解国内外步进电机的发展状况。
（3）、使用keil和proteus等软件进行系统的仿真，锻炼自己的编程能力，并通过软件的调试纠正自己编程的缺点。
三、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向
3.1、国内外现状
步进电机最早是在1920年由英国人所开发，1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已经广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得做多。步进电机作为执行元件，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中。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，在各个国名经济领域都有应用。
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。一般电动机都是连续转动的，而步进电机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率以及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。因此非常适合于单片机控制，步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。
步进电机已经成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用，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。
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。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，单噪声和振动都很大。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。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度，而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。
3.2、发展趋势与主攻方向
步进电动机的发展与计算机工业密切相关。自从步进电机在计算机外围设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动机的发展。另一方面，微型计算机和数字控制技术的发展，又将作为数控系统执行部件的步进电动机推广应用到其他领域，如电加工机床、小功率机械加工机床、测量仪器、光学和医疗仪器以及包装机械等。
任何一种产品成熟的过程，基本上都是规格品种逐步统一和简化的过程。现在，步进电动机的发展已归结为单段式结构的磁阻式、混合式和爪极结构的永磁式三类。爪极电机价格便宜，性能指标不高，混合式和磁阻式主要作为高分辨率电动机，由于混合式步进电动机具有控制功率小，运行平稳性
较好而逐步处于主导地位。最典型的产品是二相8极50齿的电动机，步距角1.8°／0.9°（全步／半步）；还有五相10极50齿和一些转子100齿的二相和五相步进电动机，五相电动机主要用于运行性能较高的场合。到目前，工业发达国家的磁阻式步进电动机已极少见。
步进电机最大的生产国是日本，如日本伺服公司、东方公司、SANYO DENKI和MINEBEA 及NPM公司,日本山社等，特别是日本东方公司，无论是电动机性能和外观质量，还是生产手段，都堪称是世界上最好的。现在日本步进电动机年产量（含国外独资公司）近2亿台。
另外的结论是HB型电动机更适合于低速大转矩用途；RM型适用于平稳运行以及转速大于1000r/min的用途；而PM型成本低，在低转速时的振动和高转速时的大转矩方面，三相PM型电动机比两相电动机的性能要好。
因此，当前最有发展前景的当属混合式步进电动机，而混合式步进电动机又向以下四个方向发展：
发展趋势之一：继续沿着小型化的方向发展。随着电动机本身应用领域的拓宽以及各
类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小，在57、42机座号的电动机应用了多年后，现在其机座号向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士ESCAP 公司最近还研制出外径仅10mm 的步进电动机。
发展趋势之二：改圆形电动机为方形电动机。由于电动机采用方型结构，使得转子有可能设计得比圆形大，因而其力矩体积比将大为提高。同样机座号的电动机，方形的力矩比圆形的将提高30percent ～40percent 。
发展趋势之三：对电动机进行综合设计。即把转子位置传感器，减速齿轮等和电动机本体综合设计在一起，这样使其能方便地组成一个闭环系统，因而具有更加优越的控制性能。
发展趋势之四：向五相和三相电动机方向发展。目前广泛应用的二相和四相电动机，其振动和噪声较大，而五相和三相电动机具有优势性。而就这两种电动机而言，五相电动机的驱动电路比三相电动机精密且复杂，因此三相电动机系统的价格比要比五相电动机更低一些。
四、注意研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路
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。
用单片机来产生这个脉冲信号，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。定时器定时来调整电机的转速，通过键盘的按钮，就可以改变定时初值从而改变了电机的转速，P0
口接LED 数码管，可以显示当前的电机转速和按钮状态，具体结构见下图：
步进电机应用中注意的问题：步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。 这里规定电机转速1~20转每分钟。步进电机最
p0.0~p0.7
A T89C51
单片机
p2.0~p2.3
p1.0~p1.3 p3.0~p3.4 步进电机 四位数码显示管 复位、正转、反转
加速、减速按钮
好不使用整步状态，整步状态时振动大。这里要求不高，使用整步状态。于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压（建议：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），当然12V的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。应遵循先选电机后选驱动的原则。综上所述，电机选取42BYG系列感应子式步进电机，两相四拍整步状态。
五、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、实验设备和实验环境条件等），解决的办法和预期达到的目标。
本次毕业设计需要介绍单片机的书籍，如《单片机原理及应用》、《51单片机C语言教程》，以及C语言编程书籍，进行仿真时需要keil、proteus软件，进行硬件焊接时需要电路板、单片机、步进电机、排插、锡丝、数码管、按钮开关、电烙铁等。
在进行方案的设计过程中，还要注意方案的选择，本设计能实现的功能模块分别为：单片机部分、时钟部分、控制驱动部分、显示部分：
（1）、单片机的选择
方案一：采用凌阳单片机。他具有以下特点：体积小，集成度高，可靠性好易于扩展，采用COMS制造工艺，功耗低，工作电压范围大，并且能在较低的电压下工作，且能用电池供电，内置2K SRAM,32K FLASH,丰富的中断源，具有较强的中断处理能力，强大的语音功能，可以语音读出测得的电压，以及当电压超过测量范围时，可以语音提示，具有人性化，但是他的价格昂贵，不利于提高作品的性价比。
方案二、采用51系列的单片机。51系列单片机应用很广泛，集成度高，可靠性强，系统结构简单，价格低廉，易于使用等等优点，STC89C51系列的单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰、高速低功耗的单片机，他的功能已完全能够实现本设计的要求，因此从各方面进行综合考虑，最终选用STC89C51单片机。
（2）时钟选择
方案一、直接利用单片机的定时器，通过编写程序完成定时功能。优点是不适用外围芯片，成本低，缺点是软件复杂点，可靠性不高，断电后无法记录时间。
方案二、使用实时时钟芯片如DS1302、DS1307、PCF8485.优点是时间精确，耗电少，但是无主电源的情况下要有备用电池，确保时钟不停止，一般应用在较为精确且高档的设备上。
从性价比上考虑，本设计直接利用单片机的定时时钟，通过编程实现定时的功能。（3）驱动电路的选择
方案一、使用达林顿驱动芯片ULN2003，2003为极电极开路驱动芯片，能驱动4相步进电机，他的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL 和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。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。缺点是如果用于驱动直流电机的话只能按一个方向转动。换向要改变电机的接法。
方案二、使用驱动芯片L298， L298为H桥驱动芯片，可以为负载提供双向的电流。适合驱动2相或4相的步进电机，也可以驱动2台普通的有刷直流电机。驱动电流为2A，只用用298需要自己编写控制脉冲时序，而与297联合起来用只需单纯输入脉冲就可以，简单方便，但是相应的成本增加了。综合本设计的需求，在满足本设计的要求下，选用方案一较为经济。
（4）显示电路的选择
方案一、采用LCD液晶显示，LCD液晶显示具有方便，美观、显示信息量大的特点，现在市场上集成度高的显示屏在编程方面也较为简洁，缺点是成本较高。
方案二、采用LED数码管显示，数码管显示在、硬件连接方面显得较为复杂，在不同的应用场合下配合使用的芯片业不同，但是对于LCD液晶显示来说，在成本方面占较大优势。根据本设计的要求，最终选择了方案二。
选择了合适的方案后，再电脑上进行仿真设计，可以看到步进电机能按照预期的要求运转，焊接出来的系统，既能实现功能，又廉价经济，因此符合要求。
六、工作的主要阶段、进度与时间安排
序号工作任务起止日期
1 接受任务、准备资料，写出开题报告 12.1-12.15
2 学习单片机知识 12.15-12.30
3 学习步进电机知识12.30-1.20
4 控制方案的确定 1.20-2.5
5 程序与仿真的设计 2.5-2.20
6 程序的调试 2.20-3.5
7 硬件电路的焊接 3.5-3.20
8 硬件电路的测试与修改 3.20-3.25
9 撰写论文 3.25-4.5
10 修改第三稿和定稿 4.5-4.15
11 完成论文和答辩提纲 4.15-4.25
12 定稿打印 4.25-5.10
七、参考文献
[1]李蒙, 毛建东.单片机原理及应用[M]. 中国轻工业出版社, 2010.2
[2]周向红. 51系列单片机应用与实践教程[M]. 北京: 北京航天航空大学出版社, 2008.5
[3]郭天祥. 51单片机C语言教程[M]. 北京: 电子工业出版社, 2009.12
[4]杨素行. 模拟电子技术简明教程[M]. 高等教育出版社, 2009.7
[5]谭浩强. C 语言设计[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005.7
[6]刘金华. 数字电子技术[M]. 北京: 北京大学出版社，2010
[7]赵建领. 51单片机开发宝典[M]. 电子工业出版社, 2008
[8]徐益民. 步进电机的单片机控制系统的设计[D]. 哈尔滨：黑龙江科技学院, 2005
指导教师意见：
签名：年月日指导小组意见：
组长签名：年月日
说明1．学生应在开题报告前，通过调研和资料搜集，在指导教师的指导下，完成开题报告。
2．开题报告分两部分，文献综述和报告正文。文献综述要6篇以上相关文章阅读量，报告正文（2500字）应包括选题背景、研究目标与任务、拟定方案路线、撰写提纲及实施计划等。
3．开题报告一式三份，一份交院系装入毕业论文档案袋，一份交指导教师，一份学生自存。
步进电机控制实验 一、实验目的： 了解步进电机工作原理，掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法，熟悉步进电机驱动程序的设计与调试，提高单片机应用系统设计和调试水平。 二、实验容： 编写并调试出一个实验程序按下图所示控制步进电机旋转： 三、工作原理： 步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一，例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移，也可以用步进电机带螺旋电位器，调节电压或电流，从而实现对执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号，不必进行数模转换，用起来非常方便。步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器，三相步进电机的结构原理如图所示。从图中可以看出，电机的定子上有六个等分磁极，A、A′、B、B′、C、C ′，相邻的两个磁极之间夹角为60o，相对的两个磁极组成一相（A-A′，B-B′，C-C′），当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿，电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。 当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路，如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子将转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的原因。 三相步进电机结构示意图 例如在三相三拍控制方式中，若A相通电，B、C相都不通电，在磁场作用下使转子齿和A相的定子齿对齐，我们以此作为初始状态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0
一、设计任务书 设计内容：用80C51单片机设计一个步进电机控制器 设计要求： 1.用8015设计一个四相步进电机。 2.可控制步进电机的启动与停止，正转与反转。 3.10档速度调节。 4.点动控制。 5.可显示电机运行参数。 二、设计总体方案 （一）控制方式的选择 控制主要用于电机速度和方向的转换。控制方式有按键控制和开关控制两种。按键较开关而言，操作更加简便，故选按键控制。 方案一：独立按键。独立按键可自由连接，线路简单。 方案二：编码式键盘。编码式键盘的按键接触点接于74LS148芯片。当键盘上没有闭合时，所有按键都断开，当某一键闭合时，该键对应的编码由74LS148输出。 本次设计所需按键不多，不需要采用复杂编码，考虑硬件条件、线路连接和经济性等方面，选择方案一。 （二）电机电路设计方案的选择 由于条件的限制，对于电机的选择只能是实验台上最小步距角18°的电机，其中已包含了驱动电路。 （三）单片机的选择 方案一：AT89C51高性能8位单片机，内部集成CPU、存储器、寄存器、I/O接口，从而构成较为完整的计算机，价格便宜。 方案二：C8051F005单片机，该单片机是完全集成的混合信号系统及芯片，具有8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容。除了具有标准8052的数字外设部件，片内还继承了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，执行速度快，但价格较贵。 本次课程设计是在仿真环境下进行，没有太过考虑单片机选择的问题，但就设计本身来讲，从物美价廉的角度考虑，选择方案一较合适。 （四）显示方案的选择 方案一：采用LED数码管。LED数码管是轮流现实的，其利用人烟的视觉暂留特性，使人感觉不到数码管闪动，看到每只数码管都常亮。利用其显示必须不停给数码管数据输入口循环赋值，显示内容较多，编程和接线较为复杂。 方案二：采用LCD1602液晶显示器。LCD1602具有功率小，效果明显，变成容易等优点，且它最多能显示2×16个字符，可以轻松满足设计要求。 由上可知，LCD1602液晶显示器的优点突出，故选择方案二。 （五）软件部分的选择 软件部分的选择主要是指编程语言的选择，编译调试工具根据设计平台选择伟福软件。编程语言主要有以下两种方案。
1工程概况 步进电机是一种利用脉冲控制，将电脉冲信号转换成相应角位移的电机。而能够产 生相应的脉冲，所以本次设计就是通过PLC产生控制脉冲来控制步进电机的自 动化运行。其系统和驱动电源示意图如下 电流时（对应于时间t o ）,利用定时电路或者电流检测反馈等措施使V2基极上信号电 压消失。于是V2截止，而V i仍然导通。因此绕组电流立即转而由低压电源经过二极管 V3供给。低压电源的电压值应使绕组中的电流限制在额定稳态电流 出端信号电压U消失，要求绕组断电时，V1基极上的信号电压也消失了 PLC .脉冲￡■配器 电机 图22驱动电源方框图 2设计方案 万案一 步进电机选反应式步进电机，驱动电路选用高低压切换电源高低压切换型电源 的原理线路如图3-2所示。图中当分配器输出端出现控制信U,要求绕组通电时, 三极管V i, V2的基极都有信号输入, 使V i, V2导通，于是，在高压电源的作用下（这 时，二极管V3两端承受的是方向电压, 处于截止状态，可使低电压电源不对绕组作用） 绕组电流迅速上升, 电流迅速上升, 电流前沿很陡。当电流达到或稍微超过额定稳态 I wy值。当分配输 于是V i也截 脉冲信号 图2.1基于PLC的步进电机控制系统 脉冲助率 放大器
西南石油大学本科毕业设计（开题报告） 止，绕组中的电流经二极管V 4及电阻R 2向高压电源放电，电流迅速下降 万案二 驱动电路选择单一电压型电源。图 3-1是单一电压型电源的一相功放电路（m 相 电机有m 个这样的功放的电路）的原理图。来自分配器的信号经过几级电流放大后加 到三极管y 的基极，控制乂的导通和截止。y 是功放电路的末级功放管，它与步进电 机一相绕组串联，所以通过功放管y 的电流与通过步进电机的电流是相等的。 单一电 11 聲骗 图3-1单电压驱动电路原理图 Jtl 图3-2 高低电压驱动电路原理图 图3-3 不同串联电阻值对电流的影响 图3-4不同串联电阻对矩频特性的影响 图3-5绕组换接时电流和电压的变化
<<技能大赛自动线的安装与调试>>项目二等奖 心得二 心得二：步进电机的控制方法 我带队参加《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目，我院选手和其他院校的三位选手组成了天津代表队，我院选手所在队获得了《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目二等奖，为天津市代表队争得了荣誉，也为我院争得了荣誉。以下是我这个作为教练参加大赛的心得二：步进电机的控制方法 《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目的主要内容包括如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。但其中最为重要的就是PLC方面的知识，而PLC中最重要就是组网和步进电机的位置控制。 一、 S7-200 PLC 的脉冲输出功能 1、概述 S7-200 有两个置PTO/PWM 发生器，用以建立高速脉冲串（PTO）或脉宽调节（PWM）信号波形。 当组态一个输出为PTO 操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电 机的速度和位置的开环控制。置PTO 功能提供了脉冲串输出，脉冲周期和数量可由用户控制。但应用程序必须通过PLC内置I/O 提供方向和限位控制。 为了简化用户应用程序中位控功能的使用，STEP7--Micro/WIN 提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM，PTO 或位控模块的组态。向导可以生成位置指令，用户可以用这些指令在其应用程序中为速度和位置提供动态控制。 2、开环位控用于步进电机或伺服电机的基本信息 借助位控向导组态PTO 输出时，需要用户提供一些基本信息，逐项介绍如下： ⑴最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED） 图1是这2 个概念的示意图。 MAX_SPEED 是允许的操作速度的最大值，它应在电机力矩能力的范围。驱动负载所需的力矩由摩擦力、惯性以及加速/减速时间决定。
基于51系列单片机控制步进电机调速实验 实验指导书 仇国庆编写 重庆邮电大学自动化学院 自动化专业实验中心 2009年2月
基于51系列单片机控制步进电机调速实验 实验目的及要求： 1、熟悉步进电机的工作原理 2、熟悉51系列单片机的工作原理及调试方法 3、设计基于51系列单片机控制的步进电机调速原理图(要求实现电机的速度反馈测量，测量方式：数字测量) 4、实现51系列单片机对步进电机的速度控制(步进电机由实验中心提供，具体型号42BYG )由按钮控制步进电机的启动与停止；实现加速、匀速、和减速控制。速度设定由键盘设定，步进电机的反馈速度由LED 数码管显示。 实验原理： 步进电机控制原理 一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM）和混合式步进电机（简称HB）。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所 以又称为脉冲电动机。随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将 逐渐扩大。 步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来 进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由 脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号 可以由单片机产生。 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：(图2所示)
毕业设计（论文）开题报告 学生专业 学号姓名班级 指导教师及职称 题目步进电机控制设计结合毕业设计（论文）课题情况，根据所 查阅的文献资料，每人撰写500 字左右的文献综述： 一、选题的背景和意义： 步进电动机是数字控制系统中一种十分重要的自动化执行元件，在工业自动化装备，办公自 动化设备中有着广泛的运用，近年来，控制技术、计算机技术以及微电子技术的迅速发展，有力 地推动了步进电动机控制技术的进步，提高了步进电动机运动控制装置的应用水平。过去电动机 的控制多用模拟法，随着计算机应用技术的迅速发展，电动机的控制也发生了深刻的变化，步进 电机常常和计算机一起组成高精度的数字控制系统。模拟控制已经逐渐被使用单片机为主的混合 控制和全数字控制所取代。 步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的执行机构，其转子角位移与输入脉冲的频率成 正比，通过改变脉冲频率可以实现大范围的调速；同时，步进电机易于与计算机和其他数字元件 接口，因此被应用于各种数字控制系统中[2] ，本设计的步进电动机控制系统由单片机（控制电路），脉冲分配电路、功率放大电路（驱动电路）、步进电动机及电源系统组成组成。 步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动 机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反 转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自 动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展， 步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。
本模块由45BC340C型步进电机及其驱动电路组成。 (一步进电机: 一般电动机都是连续旋转,而步进电动却是一步一步转动的,故叫步进电动机。每输入一个脉冲信号,该电动机就转过一定的角度(有的步进电动机可以直接输出线位移,称为直线电动机。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移(或直线位移的执行元件。 步进电动机的转子为多极分布,定子上嵌有多相星形连接的控制绕组,由专门电源输入电脉冲信号,每输入一个脉冲信号,步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号,输出的角位移是断续的,所以又称为脉冲电动机。 随着数字控制系统的发展,步进电动机的应用将逐渐扩大。 步进电动机的种类很多,按结构可分为反应式和激励式两种;按相数分则可分为单相、两相和多相三种。 图1 反应式步进电动机的结构示意图 图1是反应式步进电动机结构示意图,它的定子具有均匀分布的六个磁极,磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组,联法如图所示。
模块中用到的45BC340型步进电机为三相反应式步进电机,下面介绍它单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。 1、单三拍通电方式的基本原理 设A相首先通电(B、C两相不通电,产生A-A′轴线方向的磁通,并通过转子形成闭合回路。这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下,转子总是力图转到磁阻最小的位置,也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置(图2a;接着B相通电(A、C 两相不通电,转了便顺时针方向转过30°,它的齿和C、C′极对齐(图2c。不难理解,当脉冲信号一个一个发来时,如果按A→C→B→A→…的顺序通电,则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。 图2 单三拍通电方式时转子的位置 2、六拍通电方式的基本原理 设A相首先通电,转子齿与定子A、A′对齐(图3a。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力,使转子顺时针方向转动,但是A、A′极继续拉住齿1、3,因此,转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图3b所示,即转子从图(a位置顺时针转过了15°。接着A相断电,B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐(图c,转子从图(b的位置又转过了15°。
编号： 综合智能电子 实训 (论文)说明书题目： 院（系）：使用科技学院 专业：电子信息工程 学生姓名： 学号： 指导教师： 2010年 1 月 6 日
目录 引言 第1章简介 1.1 步进电机 第2章步进电机原理 2.1 步进电机的工作原理 2.1.1结构及基本原理 2.1.2 电机的步进顺序 第3章系统的硬件设计 3.1 系统设计方案 3.2 主从机硬件部件介绍 3.2.1A T89S51简介 3.2.2 TGI2864E简介 3.2.3MAX485 串行通信 3.2.4TIP122 3.2.5 MOC70T2 3.3 LCD显示电路设计 3.4 电机驱动模块设计 第4章系统的软件实现 4.1 系统软件主流程图 4.2 系统初始化流程图 4.3 部分子程序 第五章总结 致谢 参考文献 摘要：本文使用单片机、步进电机驱动芯片、字符型LCD和键盘阵列，构建了集步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。二维工作台作为被控对象通过步进电机驱动滚珠丝杆在X/Y轴方向联动。文中讨论了一种以最少参数确定一条圆弧轨迹的插补方法和步进电机变频调速的方法。步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法，可以有效地减少系统开发的周期和成本。最后给出了步进电机控制系统的使用实例。
关键词:步进电机控制系统，插补算法，变频调速，软硬件协同仿真 In this paper, microcontroller, stepper motor driver chips, character LCD and keypad array, build a set of stepper motor controller and driver as one of the stepping motor control system. Two-dimensional table as a charged object by stepper motor drive ball screw in X / Y axis linkage. This paper discusses a minimum of parameters to determine the trajectory of a circular interpolation method and the method of frequency control stepper motor. Stepper motor control system has been developed using the software and hardware co-simulation method, can effectively reduce the system development cycle and cost. Finally, the stepper motor control system application examples.
开题报告 一、个人信息 学号：姓名：毕业院校： 性别：男学院：自动化专业名称：自动化 民族：汉政治面貌：出生日期： 二、题目信息 题目编号：题目：PLC控制伺服电机变频调速控制系统设计 指导教师：题目类型：理论研究类题目来源：国家级项目 面向专业：自动化研究方向： 三、主要学习工作经历： 四、选题依据 选题背景与意义： 通过PLC控制伺服电机能够获得精准的定位，同时也有的通过步进电机来获取定位，步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，是一种控制用的特种电机，利用其没有累积误差的特点，广泛应用开环控制。但是，想必伺服电机的闭环控制，控制精度不够。 伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程，电气伺服系统根据所驱动电机类型分为直流（DC）伺服系统和交流（AC）伺服系统，交流伺服系统按其采用的驱动电机类型分为永磁同步（SM型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。由于直流伺服电动机存在机械结构复杂，维修工作量大包括电刷、换向器等则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。随着微处理技术、大功率电力电子技术的成熟和电机永磁材料的发展和成本降低，交流伺服系统得到长足发展并将逐步取代直流伺服系统。 随着电机理论、永磁材料、电力电子技术、控制理论和计算机技术的惊人发展。交流伺服系统的研究和应用，自20世纪20年代末以来，取得了举世瞩目的进展，
已具备有宽调速范围，高稳速精度、快动态响应及四象限运行等良好的技术性能，其动、静态特性已完全可以与直流伺服系统相媲美。多年来，“交流取代直流伺服”这一愿望正逐渐变为现实，并不断有新的研究成果和新产品出现。 近十年来，国内外日益完善的永磁交流伺服系统不断涌现，性能指标不断提高，应用范围不断大。纵观日前国内市场现状，国外知名品牌的永磁交流伺服系统占据了国内绝大多数中高端应用领域，而国内成熟产品主要应用在中低端设备领域中，如简易数控机床、服装加工机械、包装机械等等、究其原因是国外知名品牌的产品具有较明显的技术优势。总之，伺服系统正朝着交流化、全数字化、采用新型电力电子半导体器件、高度密集化、智能化、模块化和网络化的方向发展。 选题的意义：（1）采用PLC的伺服控制是运动控制的一种方式，特别是在精确定位控制中大量应用。本课题结合实际应用，对PLC及伺服系统进行深入学习。 （2）通过本题进一步对PLC、触摸屏以及伺服系统接口设计的学习，加强理论知识在实践中的应用。
直流步进电机plc控制方法 系统功能概述： 本系统采用PLC通过步进电机驱动模块控制步进电机运动。当按下归零按键时，电机1和电机2回到零点（零点由传感器指示）。当按下第一个电机运行按键时，第一个电机开始运行，直到运行完固定步数或到遇到零点停止。当按下第二个电机运行按键时，第二个电机开始运行，运行完固定步数或遇到零点停止。两电机均设置为按一次按键后方向反向。电机运行时有升降速过程。 PLC输入点I0.0为归零按键，I0.1为第一个电机运行按键，I0.2为第二个电机运行按键，I0.3为第一个电机传感器信号反馈按键，I0.4为第二个电机传感器信号反馈按键。 PLC输出点Q0.0为第一个电机脉冲输出点，Q0.1为第二个电机脉冲输出点，Q0.2为第一个电机方向控制点，Q0.3为第二个电机方向控制点，Q0.4为电机使能控制点。 所用器材： PLC：西门子S7-224xpcn及USB下载电缆。编程及仿真用软件为V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。 直流步进电机2个，微步电机驱动模块2个。按键3个。24V开关电源一个。导线若干。 各模块连接方法： PLC与步进电机驱动模块的连接：
驱动模块中EN+、DIR+、CP+口均先接3k电阻，然后接24V 电源。 第一个驱动模块CP-接PLC的Q0.0，DIR-接PLC的Q0.2，EN-接PLC的Q0.4 第二个驱动模块CP-接PLC的Q0.1，DIR-接PLC的Q0.3，EN-接PLC的Q0.4 注意： 1、PLC输出时电压为24V，故和驱动器模块连接时，接了3k 电阻限流。 2、由于PLC处于PTO模式下只有在输出电流大于140mA时，才能正确的输出脉冲，故在输出端和地间接了200欧/2w下拉电阻，来产生此电流。（实验室用的电阻功率不足，用200欧电阻时功率至少在24*24/200=2.88w，即用3w的电阻） 3、PLC与驱动模块连接时，当PLC输出低电平时不能将驱动模块电平拉低，故在EN-和DIR-上接了200欧/2W下拉电阻 驱动模块与电机接法： 驱动模块的输出端分别与电机4根线连接 电机传感器与PLC连接： 传感器电源接24v，信号线经过240欧电阻（试验中两个470电阻并联得到）与24v电源上拉后，信号线接到PLC的I0.3和I0.4
基于单片机的步进电机驱动控制 一、步进电机概述 1．步进电机的定义 步进电机指的是以数字脉冲信号作为电机线或教位移的控制信号，并以数字脉冲频率对电机的转速进行控制的动力控制系统。 在负载正常范围的情况下，步进电机的运行状态只和数字脉冲发生器提供的信号的频率和脉冲占空比有关，一般情况下，电机的状态不受负载的影响。电机的运行角度只和每次所给予的脉冲信号强度有关，而电机的运行速度也只和脉冲信号的频率有直接关 系。这种采用弱点控制强电的控制方式使得步进电机在速度、位移等控制领域有着普通电机不能比拟的优势。 2.驱动控制系统框图 步进电机控制系统有着精确控制、运行稳定的特性，这一其他电机不能比拟的优势使得步进电机得到了广泛的应用。而一般对步进电机控制系统的驱动必须要包含脉冲信 号发生部分，功放部分和驱动控制部分等几个模块电路，我们根据这些通过的模块电路，可将步进电机控制系统的通用框图绘制如下： 在上图的步进电机驱动控制系统方框图中，控制步进电机运行状态的脉冲信号一 般由集成芯片产生，可以是单片机、等智能芯片，也可以是一般的数字电路集成芯片。信号分配环节则要根据步进电机的型号来选择，如四相步进电机有四相四拍和四相 八拍种信号分配的方式；两相步进电机有两相四拍和八拍等脉冲加载形式。功放部分 在驱动环节上显得尤为重要。动态平均电流是步进电机转矩大小的决定因素，前提条件 是电机的速度。电机力矩与平均电流成正比，驱动系统对电机的反电势消弱越多，则平 均电流就越大。 我们一般可以用恒压和恒压串电阻的方法来驱动，或者在条件允许的情况下我们可以用高低压驱动、恒流和细分数等方法来驱动实际的应用过程种，多采用数字集成驱 动芯片作为步进电机的驱动手段。 二、现阶段国内外步进电机驱动的常用方式 1.变频器控制方式 使用变频器对步进电机进行驱动控制时，可以很好的解决步进电机在启动和停止时 容易失步的问题，提高了系统的控制精度。但是变频器的应用成本较高，结构和操作也 比较复杂，无形中提高步进电机的控制难度。 2.PLC控制方式 使用ABB、西门子、欧姆龙等国际知名生产制造商研发的系列产品可以 实现对步进电机的理想化控制，但是基于核心的步进电机控制系统成本高昂，且 难以实现精确控制，在本系统中不太适合。 3.单片机控制方式 随着嵌入式系统在工业控制领域中的广泛应用，以单片机特别是系列单片机 作为控制核心的步进电机控制电路在生产生活领域得到了普及，单片机有着大规模数字
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二、学士学位论文（设计）开题报告 学生姓名所在 院系 所在 班级 指导 教师 学生学号专业 方向 开题 时间 导师 职称 论文 题目 基于单片机的步进电机控制系统设计 文献综述： 1.前言 在电气时代的今天，电动机一直在现代的生产和生活中起着十分重要的作用。据资料统计，现有的90%以上的动力源来自于电动机，我国生产的电能大约有60%用于电动机。电动机与人们的生活密切相关，而步进电机作为机电一体化的关键产品之一，是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电动机。步进电机最大的特点是“数字化”，它是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机，其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例。通过改变电脉冲频率，可在大范围内进行调速。同时，该电机还能快速起动、制动、反转和自锁。此外，步进电机易于实现与计算机或其他数字元件接口，适用于数字控制系统。步进电机只需采用最简单的开环控制就可取得非常高的控制精度，且这种系统不需要反馈信号，系统硬件实施比较简单。 采用低价的单片机控制系统，可直接对步进电机进行控制，省去了昂贵的专用步进电机控制器，简化了硬件线路，降低了成本，提高了系统的可靠性。 2.主题 步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。步进电机作为执行元件，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中。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。 单片机是现代电子技术的新兴领域，它的出现极大的推动了电子工业的发展。已经它成为电子系统设计中组为普遍应用的手段。近年来单片机技术得到了突飞猛进的发展，各种的单片机开发工具层出不穷，比如虚拟仿真技术。这种新型的应用技术，在原理图设计阶段就可以对对单片机应用设计进行评估，检验所设计电路是否能够达到要求的技术指标，功能需求，还可以通过改变电子元器件的参数达到是电路设计最
51单片机控制四相步进电机 2009年07月21日星期二 12:44 51单片机控制四相步进电机 2009-03-01 18:53 接触单片机快两年了，不过只是非常业余的兴趣，实践却不多，到现在还算是个初学者吧。这几天给自己的任务就是搞定步进电机的单片机控制。以前曾看过有关步进电机原理和控制的资料，毕竟自己没有做过，对其具体原理还不是很清楚。今天从淘宝网买了一个EPSON的UMX-1型步进电机，此步进电机为双极性四相，接线共有六根，外形如下 图所示： 详细内容： https://www.doczj.com/doc/915479290.html,/31907887_d.h tml
拿到步进电机，根据以前看书对四相步进电机的了解，我对它进行了初步的测试，就是将5伏电源的正端接上最边上两根褐色的线，然后用5伏电源的地线分别和另外四根线（红、兰、白、橙）依次接触，发现每接触一下，步进电机便转动一个角度，来回五次，电机刚好转一圈，说明此步进电机的步进角度为360/(4×5)＝18度。地线与四线接触的顺序相反，电机的转向也相反。 如果用单片机来控制此步进电机，则只需分别依次给四线一定时间的脉冲电流，电机便可连续转动起来。通过改变脉冲电流的时间间隔，就可以实现对转速的控制；通过改变给四
线脉冲电流的顺序，则可实现对转向的控制。所以，设计了如下电路图： C51程序代码为： 代码一 #include
邮电与信息工程学院毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：李XX 学号：0841020000 专业：机械设计制造及其自动化 设计(论文)题目：基于单片机的步进电机 控制系统的设计 指导教师: 章XX 2012 年 3 月 1 日
1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述 文献综述 一．步进电机控制系统研究背景 步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，其功能是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。因此非常适合单片机控制。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。例如，在仪器仪表，机床设备以及计算机的外围设备中（如打印机和绘图仪等），凡需要对转角进行精确控制的情况下，使用步进电机最为理想。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。 以前的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路，或者集成电路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路，不利于系统的改进升级。基于微型单片机的控制系统则通过软件来控制步进电机，能够更好地发挥步进电机的潜力。因此，用微型单片机控制步进电机己经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求。 二．国内外研究步进电机控制系统概况 我国数控机械和普通机床的微机改造中大多数均采用开环步进电机控制系统，为了适应一些领域中高精度定位和运行平稳性的要求，我国改革开放初期研究步进电机细分驱动技术，细分驱动是指在每次脉冲切换时，不是将绕组的全部电流通入或切除，而是只改变相应绕组中电流的一部分，电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分。细分包括振荡器、环行分配器控制的细分驱动。另外还有基于单片机斩波恒流驱动、基于单片机的直流电压驱动三种常见驱动方式，除上述三种步进电机的驱动方案之外，目前报道的驱动方案还有根据汇编语言或C语言进行软件开发，通过串行或并行通行的方式实现
步进电机只能够由数字信号控制运行的，当脉冲提供给驱动器时，在过于短的时间里，控制系统发出的脉冲数太多，也就是脉冲频率过高，将导致步进电机堵转。要解决这个问题，必须采用加减速的办法。就是说，在步进电机起步时，要给逐渐升高的脉冲频率，减速时的脉冲频率需要逐渐减低。这就是我们常说的“加减速”方法。 步进电机转速度是根据输入的脉冲信号的变化来改变的，从理论上讲，给驱动器一个脉冲，步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)。实际上，如果脉冲信号变化太快，步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用，转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化，将导致堵转和丢步。 所以步进电机在高速启动时，需要采用脉冲频率升速的方法，在停止时也要有降速过程，以保证实现步进电机精密定位控制。加速和减速的原理是一样的。以加速实例加以说明：加速过程是由基础频率(低于步进电机的直接起动最高频率)与跳变频率(逐渐加快的频率)组成加速曲线(降速过程反之)。跳变频率是指步进电机在基础频率上逐渐提高的频率，此频率不能太大，否则会产生堵转和丢步。 步电机系统解决方案
加减速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线，当然也可采用直线或正弦曲线等。使用单片机或者PLC，都能够实现加减速控制。对于不同负载、不同转速，需要选择合适的基础频率与跳变频率，才能够达到最佳控制效果。指数曲线，在软件编程中，先算好时间常数存贮在计算机存贮器内，工作时指向选取。通常，完成步进电机的加减速时间为300ms以上。如果使用过于短的加减速时间，对绝大多数步进电机来说，就会难以实现步进电机的高速旋转。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。根据客户配套需要，我们还可以 步电机系统解决方案
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TL0 = 0x0C; //设定时每隔0.5ms中断一次TR0 = 1; //开始计数 turn = 0; speedlevel = 2; delay(10000); speedlevel = 1; do{ speedlevel = 2; delay(10000); speedlevel = 1; delay(10000); stop_flag=1; delay(10000); stop_flag=0; }while(1); } //定时器0中断处理 void timeint(void) interrupt 1 { TH0=0xFE; TL0=0x0C; //设定时每隔0.5ms中断一次count++; spcount--; if(spcount<=0) { spcount = speedlevel; gorun(); } } void delay(unsigned int endcount) { count=0; do{}while(count 开题报告 电气工程及其自动化 步进电机控制系统的设计 一、课题研究意义及现状 步进电机又称为阶跃电动机或脉冲电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，由于其具有的显著特点，使得它在电机的大家族中扮演着很重要的角色。 步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，我国步进电机的研究及发展开始于上世纪50年代后期，最初主要是国家资助的高等院校和科研机构为研究一些装置开发的少量产品。70年代开始大量生产和应用步进电机，至今，由于对步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品被广泛生产和应用。现应用于工业自动控制、组合机床、数控机床、机器人、计算机外围设备、大型望远镜、卫星天线定位系统等等。随着科技的发展、技术的进步和电子技术的更新，步进电机的应用领域变得更加的宽广，这样也对步进电机的运行性能提出了更加苛刻的要求。 虽然步进电机是一种数控元件，易于同数字电路接口。但是，一般数字电路的信号远远不足以驱动步进电机，必须有一个与之匹配的驱动电路来驱动步进电机，步进电机和步进电机驱动电路两者组成步进电机系统。随着电力电子技术、自动化控制技术以及计算机技术的发展，开始大量使用单片机、FPGA、CPLD、PLC等对步进电机进行控制和驱动，结果是缩短了驱动器的研发周期，明显提高了整机的性能和稳定性。 PSoC可编程片上系统比标准的固定功能的微控制器有明显的优势，采用一个微控制器，一个PSoC器件最多可集成100种外设功能，PSoC系统集成有MCU、FLASH及可编程模拟和数字模块，与上面提到的方案相比通过PSoC单片机控制步进电机，可以实现低成本，小体积，单芯片，高效率的开发，甚至可以在开发最后一刻根据突发状况而改变方案。 二、课题研究的主要内容和预期目标 该课题主要分一下内容进行设计： （1）了解和研究步进电机的结构及其工作原理； （2）研究实现常用步进电机控制的方案。 （3）Cypress Designer5.0的学习和软件的操作使用 （4）分析基于PSoC的步进电机控制的解决方案，确定系统设计中需要用到CY8C29466的内部结构、通用I/O数目、所需Flash及SRAM空间大小等参数； 第四节 步进电机的控制与驱动 步进电机的控制与驱动流程如图4-11所示。主要包括脉冲信号发生器、环形脉冲分配器和功率驱动电路三大部分。 步进脉冲 方向电平 图4-11 步进电机的控制驱动流程 二、步进电机的脉冲分配 环形分配器是步进电机驱动系统中的一个重要组成部分，环形分配器通常分为硬环分和软环分两种。硬环分由数字逻辑电路构成，一般放在驱动器的内部，硬环分的优点是分配脉冲速度快，不占用CPU的时间，缺点是不易实现变拍驱动，增加的硬件电路降低了驱动器的可靠性；软环分由控制系统用软件编程来实现，易于实现变拍驱动，节省了硬件电路，提高了系统的可靠性。 1．采用硬环分时的脉冲分配 采用硬环分时，步进电机的通电节拍由硬件电路来决定，编制软件时可以不考虑。控制器与硬环分电路的连接只需两根信号线：一根方向线，一根脉冲线（或者一根正转脉冲线，一根反转脉冲线）。假定控制器为AT89S52单片机，晶振频率为12MHz，如图4-18：P1.0输出方向信号，P1.1输出脉冲信号。 则控制电机走步的程序如下： （1）电机正转100步 MOV 0FH，#100D ；准备走100步 CONT1： SETB P1.0 ；正转时P1.0=1 CLR P1.1 ；发步进脉冲的下降沿（设驱动器对于脉冲的下降沿有效） NOP ；延时（延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通） NOP ；延时（根据驱动器的需要，调整延时） SETB P1.1 ；发步进脉冲的上升沿 MOV 0EH，#4EH ；两脉冲之间延时20000μs（决定电机的转速） MOV 0DH，#20H ；20000的HEX码为4E20 CALL DELAY ；调用延时子程序 DJNZ 0FH，CONT1 ；循环次数减1后，若不为0则继续，循环100次 RET （2）电机反转100步 MOV 0FH，#100D ；准备走100步 CONT2： CLR P1.0 ；反转时P1.0=0 CLR P1.1 ；发步进脉冲的下降沿（设驱动器对于脉冲的下降沿有效） NOP ；延时（延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通） NOP ；延时（根据驱动器的需要，调整延时） SETB P1.1 ；发步进脉冲的上升沿步进电机控制系统的设计【开题报告】
步进电机控制方法
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