步进电动机的软件脉冲分配

摘要本文应用单片机AT89C51和脉冲分配器PMM8713，步进电机驱动器，光电隔离器4N25等，构建了步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。

通过AT89C51和脉冲分配器PMM8713完成步进电机的各种运行控制方式，实现步进电机在3相6拍的工作方式下的正反转控制和加减速控制。

并通过步进电机丝杠连动，带动XY工作台的直线运动，实现从起点A点到预定点B点的位移控制。

整个系统采用模块化设计，结构简单，可靠，通过人机交互换接口可实现各功能设置，操作简单，易于掌握。

该系统可应用于步进电机在机电一体化控制等大多数场合。

关键词：步进电机单片机控制目录绪论 (1)1、步进电机及其发展 (1)1．1步进电机在我国的发展应用及前景 (2)1.2本文研究内容 (2)2、步进电机的分类、结构、工作原理及特性 (2)2.1步进电机的概念 (2)2.2步进电机的特点 (3)2.3步进电机的结构及工作原理 (3)2.4步进电机的常用术语 (4)3、步进电机的单片机控制 (5)3.1步进电机控制系统组成 (5)3.2步进电机控制系统原理 (6)3.3脉冲分配 (6)3.4步进电机与微型机的接口电路 (8)4、步进电机的运行控制 (9)4.1步进电机的速度控制 (9)4.2步进电机的位置控制 (9)4.3步进电机的加减速控制 (10)5、步进电机的程序设计 (11)5.1程序框图 (11)结论 (13)致谢辞 (13)参考文献 (13)绪论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步进电机件。

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。

题目：简易步进电机控制步进电机控制摘要：本设计采用ATMEL公司DIP-40封装的AT89S52单片机实现对四相步进电机的手动和按键控制。

由单片机产生的脉冲信号经过分配后分解出对应的四相脉冲，分解出的四相脉冲经驱动电路功率放大后驱动步进电机的转动。

转速的调节和状态的改变由按键进行选择，此过程由程序直接进行控制。

通过键盘扫描把选择的信息反馈给单片机，单片机根据反馈信息做出相应的判断并改变输出脉冲的频率或转动状态信号。

电机转动的不同状态由液晶LCD1602显示出来。

而设计的扩展部分可以通过红外信号的发射由另一块单片机和红外线LED完成，用红外万能接收头接收红外信号，可以实现对电机的控制进行红外遥控。

关键字：四相步进电机单片机功率放大 LCD1602步进电机控制 (1)摘要 (1)关键字 (1)前言 (3)1系统总体方案设计及硬件设计 (4)1.1步进电机 (4)1.1.1 步进电机的种类 (4)1.1.2 步进电机的特点 (4)1.1.3 步进电机的原理 (5)1.2 控制系统电路设计 (7)1.3 液晶显示LCD1602 (7)1.4 AT89S52核心部件及系统SCH原理图 (9)1.5 LN2003A驱动 (10)2软件设计及调试 (13)2.1程序流程 (13)2.2软件设计及调试 (14)3 扩展功能说明 (15)4设计总结 (16)5 设计源程序 (16)6 附录 (21)参考文献 (22)附2：系统原理图及实物图 (23)步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。

目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。

分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大，同时由于分散器件的延时，其可靠性大大降低;软件环形分配器要占用主机的运行时间，降低了速度;专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好，但其适应性受到限制，同时开发周期长、需求费用较高。

1. 在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：串行通信和并行通信。

2. 微机控制系统中的输入与输出通道一般包括模拟量输入通道模拟量输出通道、数字量输入通道数字量输出通道四种通道。

3. 在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的稳定性和精度并尽量高伺服系统的响应速度。

4. 一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式液压式气压式和其它等四大类型。

5. 在SPWM变频调速系统中，通常载波是等腰三角波，而调制波是正弦波6.异步交流电动机变频调速：a)基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。

b)基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于恒功率调速方式。

7. 开环步进电动机控制系统，主要由. 环形分配器功率驱动器步进电机等组成。

8. 实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1）计算机软件2）硬件分配，3）专用环形分配器9. 根据计算机在控制中的应用方式，把计算机控制系统分为四类：1）操作指导控制系统2）直接控制系统3）监督计算机控制系统4）分级计算机控制系统10．应用于工业控制的计算机主要有：1）单片机 2）PLC，3）总线工控机等类型。

11.干扰传播途径有二种方式，其中传导耦合方式：干扰信号能量以电压或电流的形式，通过金属导体传递。

12. 抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、隔离滤波接地合理布局和软件抗干扰技术。

13. 电场屏蔽----通常用铜、铝等导电性能良好的金属材料作屏蔽体，并应保持良好接地。

14．根据频率特性解释下列滤波器的作用：1）低通滤波器：只让低频成分通过，而高于截止频率成分受到抑制、衰减，不让通过。

2）带通滤波器：只让某一频带内的成分通过，而低于上截止频率成分和高于_下截止频率成分的成分抑制,不让通过。

一、填空(每空2分，共20分)1.机电一体化产品按用途可以划分为和2．控制及信息处理单元一般由控制计算机、和组成。

3．在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守原则。

用VHDL语言设计的步进电机控制器摘要：提出了一种利用VHDL 语言设计步进电机控制器的思路，该控制器能够实现速度控制、工作方式选择等多种功能。

对该系统的结构、各模块的功能，综合、仿真进行了详细的论述。

该系统具有修改方便、使用灵活、可靠性高、可移植性强等优点。

关键词：VHDL；步进电机；脉冲分配器；仿真1 引言随着电子技术的发展，现场可编程门阵列FPGA和复杂可编程逻辑器件CPLD的出现，使得电子系统的设计者利用与器件相应的电子设计软件，在实验室里就可以设计自己的专用集成电路ASIC器件。

其中电子设计自动化（EDA）的关键技术之一就是可以用硬件描述语言（HDL）来描述硬件电路。

VHDL是用来描述从抽象到具体级别硬件的工业标准语言，它是由美国国防部在80年代开发的HDL，现在已成为IEEE承认的标准硬件描述语言。

VHDL支持硬件的设计、验证、综合和测试，以及硬件设计数据的交换、维护、修改和硬件的实现，具有描述能力强、生命周期长、支持大规模设计的分解和已有设计的再利用等优点。

[1]利用VHDL 这些优点和先进的EDA工具，根据具体的实际要求，将设计一个步进电机控制器电路。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

也就是当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

现场可编程门阵列(FPGA)是对步进电机实现一体化控制的理想选择。

本文主要介绍了利用VHDL语言设计的三相反应式步进电机驱动电路的设计思路：现场可编程门阵列(FPGA)将接口电路送来的一系列信号，转换成步进电机的驱动脉冲经过功率放大后送给步进电机，以此控制步进电机的转动方向和速度。

如图1。

图1 步进电机驱动电路原理图Fig.1 Circuitous philosophy of stepper motor device2 步进电机控制器原理步进电机控制器主要由三部分组成，原理如图2。

------单选通常应用到拖动系统需要迅速而准确地停车及卷扬机重物的恒速下放的场合的制动形式是收藏A.反馈制动B.再生制动C.能耗制动D.反接制动回答错误!正确答案：C广泛应用于洗衣机、电风扇等设备上的电动机形式为收藏A.同步电动机B.三相线绕式异步电动机C.单相异步电动机D.三相鼠笼式异步电动机回答错误!正确答案：C下列叙述正确的是收藏A.步进电动机的机构形式繁多，工作原理也各不相同B.步进电动机结构与一般的旋转电动机不同，没有定子和转子的分别C.步进电动机不能把电脉冲信号转换为直线位移D.步进电动机是一种将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的机电执行元件回答错误!正确答案：D当晶闸管元件阳极与阴极之间加上多大的直流电压时，能使元件导通的控制极最小电流（电压）称为触发电流（电压）收藏A.3VB.5VC.10VD.6V回答错误!正确答案：D关于步进电动机通电方式中，“拍”的描述正确的是收藏A.步进电动机每一拍只能有一相电源通电B.步进电动机的拍数就是其电源相数C.若为三相步进电动机，从一相通电，切换到另一项通电，即为一拍D.步进电动机从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫做一“拍”回答错误!正确答案：D用拖动转矩Tm、制动转矩TL和动态转矩Td表示的转矩平衡方程式可以写为收藏A.Tm－TL＝TdB.Td－TL＝TmC.Tm+TL＝TdD.Td+Tm＝TL回答错误!正确答案：A下列关于机电传动系统中的负载转矩TL的描述正确的是收藏A.假定电动机某一转动方向为正，负载转矩TL与转速n的方向一致时为正向B.假定电动机某一转动方向为正，负载转矩TL与转速n的方向相反时为正向C.若TL与n符号相同，则表示TL的作用方向与n相反，TL为拖动转矩D.若TL与n符号相反，则表示TL的作用方向与n相同，TL为制动转矩回答错误!正确答案：B为了实现生产设备的多点控制，接线的组成原则是收藏A.各启动按钮的常开触点并联，各停止按钮的常闭触点串联B.各启动按钮的常开触点串联，各停止按钮的常闭触点并联C.各启动按钮的常开触点串联，各停止按钮的常闭触点串联D.各启动按钮的常开触点并联，各停止按钮的常闭触点并联回答错误!正确答案：A下面那种情况下，可能会发生飞车事故，需要设定相应的保护装置收藏A.运行在自然特性下B.改变电枢电阻得到人为特性时C.改变电源电压得到人为特性时D.改变磁通得到人为特性时回答错误!正确答案：D下列关于晶闸管导通条件的描述，正确的是控制极和阳极同时加正向电压时，晶闸管才能导通B.控制极不加电压，阳极加正向电压，即可使得晶闸管导通C.控制极不加电压，阳极需加反向电压，才可使晶闸管导通D.控制极加正向电压，阳极加反响电压，晶闸管也可导通回答错误!正确答案：A机电传动系统处于动态时，系统中必然存在一个动态转矩Td，当Td＞0时，表示系统处于收藏A.减速运行状态B.匀速运行状态C.加速运行状态D.静止状态回答错误!正确答案：C对于他励电动机而言，其机械特性为绝对硬特性时，其机械特性硬度为收藏A.小于10B.大于10D.趋于无穷大回答错误!正确答案：D下列指令中，主要用来方便程序的修改和调试的指令是收藏A.主控母线指令B.空操作指令C.程序结束指令D.保持指令回答错误!正确答案：B下列哪个是在20世纪60年代发展起来的新型半导体器件，它的出现起到了在弱电控制与强电输出之间的桥梁作用收藏A.晶闸管B.二极管C.场效应管D.三极管回答错误!正确答案：A下列不属于保护装置的是收藏A.电器线路自锁环节B.过电流继电器C.熔断器D.自动开关回答错误!正确答案：A下列说法正确的是收藏A.熔断器和热继电器均可用作短路保护B.熔断器和热继电器均可用作长期过载保护C.熔断器可用作短路保护，热继电器可用作长期过载保护D.熔断器可用作长期过载保护，热继电器可用作短路保护回答错误!正确答案：C用于动合触点串联连接的逻辑指令是收藏A.与非指令B.或指令C.或非指令D.与指令回答错误!正确答案：D既可用于交流负载，又可用于直流负载的PLC输出接口方式是收藏A.晶闸管输出方式B.继电器输出方式C.双向晶闸管输出方式D.晶体管输出方式回答错误!正确答案：B下面对机电传动系统稳定运行的描述正确全面的是收藏A.系统处于静止状态B.系统以某一速度运行运行C.系统能以一定速度匀速运转，且系统受某种外部干扰作用而使运行速度稍有变化时，保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行状态。

K（判断题）步进电动机的输出转矩随其运行频率的上升而增大。

参考答案：错误2、（判断题）电压源型变频器适用于一台变频器给台电动机供电的单电动机传动。

参考答案：错误3、（判断题）看板管理是一种生产现场工艺控制系统。

参考答案：错误4、（判断题）光栅测量中,标尺光栅与指示光栅应配套使用，它们的线纹密度必须相同。

参考答案：正确5、（判断题）三相交流换向器电动机起动转矩大,而起动电流小。

参考答案：正确6、（判断题）步进电动机的连续运行频率大于起动频率。

参考答案：正确7、（判断题）论文是学术性文章,主要是进行论述,行文要求准确、精练、流畅。

参考答案：正确8、（判断题）子网掩码中的位值定义如下:所有对应网络ID部分的位都设为0,所有对应主机部分的位都设为Io参考答案：错误9、（判断题）在某一瞬间，自感电动势在一次绕组的某一端呈现高电位时，互感电动势也一定在二次绕组中的某一对应端呈现出高电位，我们把这两个同时呈现高电位的对应端，叫作变压器绕组的同极性端。

参考答案：正确10、（判断题）PLC的输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器和计数器等的软触点数量是有限的。

参考答案：错误11、（判断题）如果仅从圆轴扭转时的强度和刚度条件来考虑,在其他条件不变的情况下,采用空心轴比实心轴更为经济。

参考答案：正确12、（判断题）步进电动机的环形脉冲分配既可以采用硬件脉冲分配方式,也可以采用软件脉冲分配方式。

参考答案：正确13、（判断题）按电流种类选择直流、交流或交直流两用表,交流表还要考虑频率；根据实际要求选择量程，一般被测量占仪表满刻度的2/3-3/4以上较好。

参考答案：错误14、（判断题）PLC中Ims定时器的当前值在每个扫描周期的开始刷新。

参考答案：错误15、（判断题）数字集成电路是由各种逻辑门和基本触发器组成的。

参考答案：正确16、（判断题）可编程序控制器的表达方式只有有梯形图。

参考答案：错误17、（判断题）IS09000族标准与全面质量管理应相互兼用，不应搞替代。

一、实验目的1、了解步进电机工作原理。

2、掌握步进电机转动控制方式和调速方法。

3、学会protel99使用。

二、实验设备及器件IBMPC机一台单片机仿真器、编程器、实验仪三合一综合开发平台一台三、实验内容1、编写程序，通过单片机的P1口控制步进电机的控制端，使其按一走的控制方式进行转动。

2、分别采用双四拍（AB->BC->CD->DA->AB)方式、单四拍（A->B->C->D->A）方式和单双八拍（A->AB->B->BC->C->CD->D->DA->A）方式编程，控制步进电机的转动方向和转速。

3、观察不同的控制方式下，步进电机转动时的振动情况和步进角的大小，比较这几种控制方式的优缺点。

四、实验要求学会步进电机的工作原理和控制方法，掌握一些简单的控制电路和基本的电机基础知识。

五、实验步骤1）安装C10区JP6接口上的短路帽，将C10区J41接口与A2区J61接口的P10～P13对应相连。

2）打开TKStudy仿真器，仿真调试编写好的软件程序，观察步进电机的转动情况。

3）修改步进电机的控制程序，再次进行程序，比较它们的不同控制效果。

六、实验原理6.1单片机选用51单片机优异的性价比以及独特的系统结构、不断增加的片内设备以及强大的指令系统使得它依然是单片机中的主流。

本次设计以CPU选用89C51作为步进电机的控制芯片。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于多功能8位CPU 和闪烁存储器，单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

6.2 步进电机的工作原理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。

复习题1、叙述步进电机的工作原理答：步进电动机又称电脉冲马达，是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机。

由于步进电动机成本较低，易于采用计算机控制，因而被广泛应用于开环控制的伺服系统中，其中步进电动机的定子上有6个齿，其上分别缠有W A、W B、W C三相绕组，构成三对磁极，转子上则均匀分布着4个齿。

步进电动机采用直流电源供电。

当W A、W B、W C三相绕组轮流通电时，通过电磁力吸引步进电动机转子一步一步地旋转。

步进电机绕组按→U→→→→→…依次轮流通电，步进电动机转子就一步步地按逆时VUWVUW针方向旋转。

反之，如果步进电动机按倒序依次使绕组通电，即：→→→→→…，则步进电动机将按顺时针方向旋转。

U→VUWUVW2、简述计算机控制系统的组成和特点。

答：计算机控制系统是由硬件和软件两大部分组成，其中硬件由计算机主机、接口电路、输入/输出通道及外部设备等组成；软件分为实时软件和开发软件。

特点：1、具有完善的输入/输出通道。

2、具有实时控制功能。

3、可靠性高。

4、具有丰富、完善、能正确反映被控对象运动规律并对其进行有效控制的软件系统。

3、传动链的级数和各级传动比的分配有那些原则？如何选用？答：有三条原则：等效转动惯量最小原则、质量最小原则和输出轴转角误差最小的原则。

在设计齿轮传动装置时，上述三条原则应根据具体工作条件综合考虑。

（1）对于传动精度要求高的降速齿轮传动链，可按输出轴转角误差最小的原则设计。

若为增速传动，则应在开始几级就增速。

（2）对于要求运转平稳、启停频繁和动态性能好的降速传动链，可按等效转动惯量最小原则和输出轴转角误差最小的原则设计。

（3）对于要求质量尽可能小的降速传动链，可按质量最小原则设计。

4、试分析右图所示的传感器的工作原理。

答：有F=ma知，当负载做加速度运动时产生惯性力，惯性力对悬臂梁产生压力使其变形，而应变片能贴在悬臂梁能感受到应变，这样应变片的阻值因为发生应变而改变，用桥式电路可测出阻值的变化，从而知道加速度的变化5、为什么要消除齿轮副间隙？常用哪些方法消除齿轮副间隙？答：在传动系统中，考虑到惯量、转矩或者是脉冲当量的要求，有时候要在电动机到丝杠之间加入齿轮传动副，而齿轮传动副若存在间隙，会使进给运动反向滞后于指令信号，造成运动死区，从而影响传动的精度及传动系统的稳定性。