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电气工程学院课程设计说明书设计题目：______________________________ 系别：_________________________________ 年级专业：______________________________ 学号：_________________________________学生姓名：______________________________指导教师：_____________________________电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计12、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
电气工程学院教务科摘要PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
本设计是用PLC做三相六拍步进电机的控制核心，用按钮开关来实现对步进电机正、反转运行控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。
其次可以通过对按钮的控制来实现对高、低速度的切换控制。
关键词：PLC控制三相六拍正反转运行高低速运行目录封皮 (1)任务书....................................................................... ..2摘要......................................................................... ..3目录......................................................................... .4第一章三相六拍步进电机的PLC控制及要求 (5)1.1步进电机的工作原理........................................................ ..51.2三相六拍步进电机控制要求 (5)1.3步进电机的驱动 (6)第二章参数选择 ......................................................................... .7 2.1三相六拍步进电机的参数选择 ................................................. .7 ...2.2PLC 的选择.............................................................. ：：7……2.3功率放大电路参数选择.......................................................... ..7第三章整体设计 ............................................................ .7……3.1 PLC的I/O 端口分配表....................................................... .7……3.2硬件接线图............................................................... 8 .......3.3程序流程图.............................................................. -.8…•…3.4状态转移图............................................................. .-.9……3.5步进梯形图............................................................. .103.6时序图.................................................................. ：12……总结 .................................................................................. .13参考文献 ................................................................... .14 ...评审意见表 ................................................................. ……第一章三相六拍步进电机的PLC控制及要求1 . 1步进电机的工作原理电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60 o。
江西理工大学应用科学学院西门子PLC 课程设计专 业： 自动化 班 级： 姓 名：学 号：设计报告格式20分设计内容60分10分 10分 总计得分封面 3页面布局 5目录格式 3图表质量 4间距、行距、字体6工艺过程分析 8系统控制要求 8 I/O 分配 5设备选型 5电气原理图 系统程序设计 10动手实践能力 10总印象评分 10主电路 8控制电路 8外围接线图 82011年06月21日目录第1章绪论 (1)1.1 课题介绍及研究意义 (1)1.3 课题内容 (2)1.4 课题要求 (2)1.5 分析工艺流程 (2)第2章系统方案设计 (4)2.1方案原理分析 (4)2.2可行性研究 (4)第三章控制系统的I/O及地址分配 (5)第四章电气控制系统原理图 (6)4.1主电路图 (6)4.2 控制电路图 (6)4.3 外端子接线图 (6)第五章系统程序 (7)第六章有关步进电机的使用 (12)第七章总结 (15)7.1总结 (15)7.2参考文献 (15)第1章绪论1.1 课题介绍及研究意义三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。
它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。
定子铁芯由电工钢片叠压而成。
定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相控制绕组。
三相步进电机可构成三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。
在定子的每个磁极上，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，与磁极上的小齿一致。
此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。
当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮1/3齿距角，C相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。
目录任务与分析 01 步进电机工作原理 (1)2 总体设计方案 (2)2.1 步进电机驱动方案的比较 (2)2.2.1单电压限流型驱动电路 (2)2.2.2高低压切换型驱动电路 (3)2.2.3斩波恒流驱动电路 (3)2.2.4调频调压驱动电路 (4)2.2.5细分驱动方式 (5)3 步进电机驱动器电路原理图 (6)3.1环形分配器的电路原理图 (6)3.1.1环形分配器的设计 (7)3.2斩波恒流驱动电路原理图 (8)3.2.1IGBT及其驱动电路 (8)3.2.2信号反馈电路 (9)4 功率器件的选择与计算 (10)4.1 功率半导体的选择 (10)4.2 相关元件的选择 (10)4.2 相关电阻值的计算 (10)5 系统调试 (12)5.1 仿真结果 (12)总结 (14)参考文献 (15)摘要本文设计一种步进电动机斩波恒流驱动器。
该电路采用硬件环形分配器产生电脉冲，以IGBT作为驱动器的核心控制器件。
其特点是控制性能良好，有效提高步进电机的运行矩频特性、启动矩频特性和惯性特性等。
斩波恒驱动电路采用IGBT为开关管。
这是一种新型的全控型电压驱动式功率半导体器件。
它集众多优点与一身，高耐压、大电流、高速、开关频率高、低饱和压降、高可靠性。
非常适合用来设计步进电动机的驱动器。
步进电机驱动器按照其驱动方式可以分为如下几种：恒压驱动、高低压驱动、变频变压驱动以及斩波恒流驱动等。
对于不同的驱动方式，电机的起动特性和运行特性是不同的。
几种驱动方式相比，斩波恒流驱动具有高频响应性能好，输出转矩均匀，无共振现象等优点，从而成为当今步进电机驱动的主要方式。
步进电机的使用性能与它的驱动器有着密切的关系，步进电机的恒流斩波驱动技术从一定程度上解决了步进电机运行中的一些问题，如电源效率低、电流波形差等。
关键词：步进电机驱动器IGBT任务与分析本组课程设计题目为3A/80V三相六拍步进电机驱动设计。
要求采用集成触发环形分配器实现三相六拍的脉冲分配，功率驱动器则采用斩波恒流驱动电路。
目录第一章分析题目要求 (2)1.1 课题内容 (2)1.2 课题要求 (2)1.3 分析工艺流程 (2)第二章控制系统的I/O及地址分配 (4)第三章电气控制系统原理图 (5)3.1主电路图 (5)3.2 控制电路图 (5)3.3 外端子接线图 (5)第四章系统程序 (6)第五章有关步进电机的使用 (11)第六章总结 (14)6.1总结 (14)6.2参考文献 (15)第一章分析题目要求1.1 课题内容用PLC控制三相六拍步进电机，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。
3．具有两种转速：1号开关合上，则转过一个步距角需0.5秒。
2号开关合上，则转过一个步距角需0.05秒。
1.2 课题要求1．按题意要求，画出PLC端子接线图、控制梯形图。
2．完成PLC端子接线工作，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。
3. 完成课程设计说明书。
1.3 分析工艺流程本课题要求步进电机是三相六拍运行三相六拍正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA三相六拍反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB所以我们可以根据通电的顺序，给相应的相序分配相应的地址，按照控制的要求我们就可以给出相应的控制程序。
该控制系统的控制原理图如下1-1：图1-1 系统控制原理图所以由以上控制系统的要求可以给出控制系统的程序流程图1-2:图1-2 程序控制流程图第二章控制系统的I/O及地址分配本控制系统的输入/输出信号的名称，代码及地址编号如表2-1第三章电气控制系统原理图3.1主电路图参照《电器与PLC控制技术试验指导书》实验16 三相步进电机的模拟控制，可以知道，我们可以用PLC直接去控制电机。
所以主电路是非常简单的，这里不再画出。
3.2 控制电路图控制电路由于用到的输入都是直接接在PLC上的，其控制过程相对比较简单。
学号2014216444《电气控制与可编程控制技术》课程设计（2014级本科）题目：三相六拍步进电机PLC控制系统的设计系（部)院:物理与机电工学院专业：能源与动力工程作者姓名：周正峰指导教师：单乐职称：助教完成日期: 2 0 1 7 年 7月13日目录目录 (2)摘要 (3)第一章可编程程序控制器（PLC） (4)1.1 PLC的定义 (4)1.2 PLC的特点 (5)1.3 步进电机的特点 (5)第二章系统总体方案设计 (7)2.1三相六拍步进电机的控制要求 (7)2.2方案原理分析 (7)第三章PLC控制系统设计 (8)3.1输入输出编址 (8)3.2选择PLC的类型 (8)3。
3 PLC外部接线图 (9)3.4控制流程图: (9)3.5梯形图程序设计 (10)3.6语句表 (14)3.7 主电路图 (16)3.8元件布置图 (16)3.9程序的运行及调试 (17)总结 (19)参考文献 (20)摘要步进电机就是一种控制精度极高的电机，在工业上有着广泛的应用。
步进电机具有快速启停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制机及仪表仪器的控制原件。
基于PLC控制的步进电机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。
矩角不易丢失。
改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。
本文主要介绍采用可编程控制器（PLC）对五相十拍步进电机进行控制的设计原理及方法进行分析。
本文详细的介绍了PLC控制步进电机系统的原理，及硬件和软件的设计方法.其内容主要包括I/O分配表、PLC外部接线图、控制流程图、主电路图、梯形图、原件清单及语句表。
本文设计过程中使用了十六移位寄存器，大大简化了程序的设计,使程序更简凑，方便了设计。
关键词：PLC；梯形图；三相六拍步进电机第一章可编程程序控制器（PLC）1.1 PLC的定义可编程控制器（Programmable Controller）简称PC，但个人计算机（Personal Computer）也简称PC，为了区别,人们仍习惯称可编程控制器为PLC(Programmable Logical Controller).国际电工委员会（International Electrical Committee）于1987年颁布了可编程控制器的标准及其定义：“可编程控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
摘要三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。
它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁芯和定子绕组。
定子铁芯由电工钢片叠压而成。
定子绕组绕制在定子铁芯上，六个均匀分布齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串连在一起，构成一相控制绕组。
三相步进电机可构成三相控制绕组，若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。
在定子的每个磁极上，即定子铁芯上的每个齿上开了五个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9º，与磁极上的小齿一致。
此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。
当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮1/3齿距角，C相磁极上的齿刚好超前或滞后转子齿轮2/3齿距角。
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。
矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。
改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现。
三相六拍比三相二拍的矩角特性好一倍，因此在很多情况下，三相步进电机采用三相六拍运行方式。
图1.1单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图摘要：三相六拍电机正、反转控制目录一、本论文的目的及工作内容二、现行研究存在的问题及解决办法三、方案原理分析1、功能要求2、性能要求3、可行性研究四、控制系统设计1、详述控制系统的实现方法2、梯形图程序设计五、心得体会一、本论文的目的及工作内容用PLC控制三相六拍步进电机实现如下操作，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。
课韪一基于PLC的三相六拍步进电动机控制程序设计一、课题内容：用PLC控制三相六拍步进电机，其控制要求如下：1．三相步进电动机有三个绕组：A、B、C，正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2．要求能实现正、反转控制，而且正、反转切换无须经过停车步骤。
二、课题要求：1．按题意要求，对PLC进行选型，画出PLC端子接线图。
2．完成梯形图控制程序设计，完成调试。
3. 完成课程设计书。
课韪二艺术彩灯造型的PLC控制某艺术彩灯造型演示板如图所示，图中A、B、C、D、E、F、G、H为八只彩灯，呈环形分布，控制要求如下（灯的点亮顺序）将启动开关S1合上，八只彩灯同时亮1s，即ABCDEFFH同时亮1s，接着八只彩灯按逆时针方向轮流各亮1s，即A亮1s→B亮1s→C亮1s→D亮1s→E亮1s→F亮1s→G亮1s →H亮1s;接下来八只彩灯又同时亮1s,即ABCDEFFH同时亮1s，然后八只彩灯按顺时针方向轮流各亮1s，即H亮1s→G亮1s→F亮1s→E亮1s→D亮1s→C亮1s→B亮1s→A亮1s。
然后按此顺序重复执行，按下停止开关S2，所有灯灭。
课题三全自动洗衣机PLC控制一、课题内容：全自动洗衣机运行框图及梯形图控制程序的编制，并画出硬件接线图。
二、控制要求：（1）按下启动按扭及水位选择开关，开始进水直到高（中、低）水位，关水（2）2秒后开始洗涤（3）洗涤时，正转30秒，停2秒，然后反转30秒，停2秒（4）如此循环5次，总共320秒后开始排水，排空后脱水30秒（5）开始清洗，重复（1）～（4），清洗两遍（6）清洗完成，报警3秒并自动停机（7）若按下停车按扭，可手动排水（不脱水）和手动脱水（不计数）课题四病床呼叫器的PLC控制一、任务描述某住院病房有14个房间，每个房间有4张床，病床编号由房间号和床号组成，分别为011、012、013、014、021、022、 (141)142、143、144。
三相步进电机的PLC控制系统设计1.1 PLC控制步进电机发展的趋势时至今日，软件以及电子设备等相关技术都有了长足发展。
虽然软件的发展速度比不上硬件的发展速度那么迅速，但已能满足现在的工业需求。
对步进电机的传统控制通常完全由硬件电路搭接而成。
随着PLC的普及，现在已普遍采用硬件与软件相结合的方式对其进行控制，这种控制方法有很多优点，比如：可以实现高精度的控制，降低成本，降低控制难度，简化控制电路等。
今后步进电机的总体发展趋势是向着低功耗、高频率精度、多功能、高度自动化和智能化的方向发展。
1.2 本设计的目的、意义本设计可以通过对几个开关按钮的控制来实现对步进电机的方向，以及对高、中、低速的控制。
比如用两个开关分别控制电机正反转，两个开关分别控制电机启动和停止，三个开关分别控制电机的高中低转速，使得步进电机的控制更加简便。
甚至还可以利用更少的开关来控制，但为了使得本设计更加直观和易读，故采用七个控制开关。
此外，本设计更加便于实现对步进电机的自动化控制。
2.三相步进电机的PLC控制和要求2.1可编程控制器的工作原理可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
在运行状态中，可编程控制器通过执行反应控制来实现用户的控制要求。
为了使可编程控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不仅仅执行一次，而是反复不断地重复执行，直到可编程控制器停机或切换到STOP工作状态。
下面用一个简单的例子来进一步说明可编程序控制器的扫描工作过程。
图1（a）所示的PLC的输入输出接线图，起动按钮SB1和停止按钮SB2的常开触点分加别接在编号为X000和X001的可编程控制器的输入端，接触器KM的线圈接在编号为YO00的可编程控制器的输出端。
图(b)是这3个输入/输出变量对应的I/O映像寄存器。
图（c）是可编程控制器的梯形图，它与图1所示的继电器电路的功能相同。
但是应注意，梯形图是一种程序，是可编程控制图形化的程序。
现代控制技术及PLC控制课程设计姓名学号班级机电专业机械电子工程院别机械工程学院指导教师2013年7月5日内容摘要步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点,所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。
目前,比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。
但采用单片机控制, 不仅要设计复杂的控制程序和I /O 接口电路, 实现比较麻烦, 而且对工业现场的恶劣环境适应性差, 可靠性不高。
使用PLC可编程控制器实现三相六拍步进电动机驱动，可使步进电动机东芝的抗干扰能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。
本设计是利用PLC做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。
其次可以通过对按钮的控制来实现对高，低速度的控制。
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计最重要的一条原则。
本设计更加便于实现对步进电机的制动化控制。
目录1引言 (1)2系统总体方案设计 (2)2.1系统硬件配置及组成原理 (2)2.2 方案原理分析 (3)2.3 可行性研究 (3)2.4 设计思想 (3)3 控制系统设计 (4)3.1 控制程序图及软件模块 (4)3.2 梯形图程序设计与梯形图 (5)3.3 三相六拍步进电机控制语句表 (9)3.4 PLC接线图与主电路图 (10)4 心得体会 (11)5 参考文献 (12)引言课题内容用PLC控制三相六拍电动机，控制要求如下：1.三相步进电动机有三个绕组：A,B,C,正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA→A反转通电顺序为：A→CA→C→BC→B→AB→A2.要求能实现正，反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。
3．就有两种转速：1号开关合上，则转过一个步距角需0.5秒。
51单片机实现三相六拍的步进电机控制（正反转、加减速、挡位显示）自己写的，不规范还望包含，keil和protues文件单片机源程序如下:1.#include <reg52.h>2.3.#define uchar unsigned char4.#define uint unsigned int5.uint speed = 100; //初始转速6.uint max = 200; //最慢转速7.uint min = 20; //最快转速8.9.sbit swich = P2^0; //总开关10.sbit dir = P2^1; //电机旋转方向11.sbit le1=P2^6;12.sbit le2=P2^7;13.sbit speedadd=P3^2;14.sbit speedsub=P3^3;15.16.unsigned char uca_MotorStep[]={0x01,0x03,0x02,0x06, 0x04,0x0C,0x08,0x09}; //励磁电流数组。
17.18.19.uchar leddata[]={20.21.0x3F, //"0"22.0x06, //"1"23.0x5B, //"2"24.0x4F, //"3"25.0x66, //"4"26.0x6D, //"5"27.0x7D, //"6"28.0x07, //"7"29.0x7F, //"8"30.0x6F, //"9"31.0x40, //"-"32.0x00, //熄灭33.};34.35.36.void delay1ms(void) //误差 0us37.{38.unsigned char a,b,c;39.for(c=1;c>0;c--)40.for(b=142;b>0;b--)41.for(a=2;a>0;a--);42.}43.44.void delay(uint x ) //多功能毫秒延时45.{46.uint i;47.for(i=0;i<x;i++)48.{49.delay1ms();50.}51.}52.53.54.55.void display(void)56.{57.if(swich==1)58.{59.P0= leddata[11];60.delay(1);61.le2=1;62.le1=1;63.delay(1);64.le2=0;65.le1=0;66.67.}68.else69.{70.if(dir==1)71.{72.P0= leddata[11];73.delay(1);74.le2=1;75.delay(1);76.le2=0;77.}78.else79.{80.P0 =leddata[10];81.delay(1);82.le2=1;83.delay(1);84.le2=0;85.}86.87.P0=leddata[9-(speed-20)/20];88.delay(30);89.le1=1;90.delay(5);91.le1=0;92.93.}94.}95.96.97.void Init_INT0()98.{99.EX0=1; //开启外部中断 0100.IT0=1; //设置成低电平触发，1为下降沿触发101.EX1=1; //开启外部中断 1102.IT1=1; //设置成低电平触发，1为下降沿触发103.EA=1; //开启总中断104.}105.106.void Interrupt0_handler() interrupt 0107.{108.EA=0; //首先关闭总中断，以消除按键出现的抖动所产生的干扰109.delay(20); //同样是为了消除抖动而产生新的中断110.if(speed>min)111.{speed=speed-20;} //限制最快转速112.else113.{speed=min;}114.while(speedadd==0);115.EA=1; //恢复中断116.}117.118.119.void Interrupt1_handler() interrupt 2120.{121.EA=0; //首先关闭总中断，以消除按键出现的抖动所产生的干扰122.delay(20); //同样是为了消除抖动而产生新的中断123.if(speed<max)124.{speed=speed+20;}125.else126.{speed=max;} //限制最慢转速127.while(speedsub==0);128.EA=1; //恢复中断130.131.void main()132.{133.int i; //初始化134.dir=1;135.le1=0;136.le2=0;137.138.139.start:140.if(swich==0)141.{Init_INT0();} //总开关开启，初始化中断，开始转动142.else143.{display(); goto start; }144.145.146.if(dir==1)147.seq:148.{149.while(1)150.{151.display();152.for (i=0; i<8; i++)153.{154.P1 = uca_MotorStep[i]; //取数据155.delay(speed); //调节转速156.}157.if(dir==0) //是否换向159.delay(5); // 换向延时160.goto oppo; //换向161.}162.if(swich==1) //总开关运行中关闭163.goto start; //等待开启164.165.}166.167.}168.else169.oppo:。
1 引言1.1课程设计任务和要求课程设计任务:设计一个三相步进电机控制系统，设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。
通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。
要求完成的主要任务:（1）设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。
（2）选择控制算法，编写控制程序，实现三相步进电机在六拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。
（3）写出设计说明书。
课程任务要求:（1）查阅资料，确定设计方案（2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图（3）画出流程图，编写控制程序（4）撰写课程设计说明书2 步进电机的概述2.1 步进电机的特点1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
2）步进电机外表允许的温度高。
步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。
在有负载的情况下，启动频率应更低。
如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
2.2 步进电机的工作原理步进电机是一种用电脉冲进行控制,将电脉冲信号转换成相位移的电机,其机械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正比,每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度,脉冲的频率决定了电机运转的速度.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。
2.3 步进电机的技术参数1)空载启动频率即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。
在有负载的情况下，启动频率更低。
如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
2)电机固有步距角它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。
电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A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°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。
3)步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。
电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。
在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。
如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。
4)保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。
它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。
由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。
比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。
2.4 步进电机的内外结构步进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如图2.4.2所示：3 步进电机控制工作原理3.1 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。
3.2 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。
步进电机的励磁方式为三相六拍,即A-AB-B-BC-C-CA-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。
3.3 系统设计思路此次我们所设计的是一个步进电机控制系统，主要由单片机80C51，3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。
3.4 系统的整体框图3.5 驱动方式的确定并于步进电机的驱动一般有两种方法，一种是通过CPU直接来驱动，这种方法一般不宜采用，因为CPU的输出电流脉冲是特别小的它不能足以让步进电机的转动；别一种是通过CPU来间接驱动，就是把从CPU输出的信号进行放大，然后直接驱动或是再通过光电隔离间接来驱动步进电机，这种方法比较安全可靠。
固本次设计应采用CPU间接驱动步进电机。
用编码器还的测速发电机作为转速测量工具,因为选择了闭环控制，就必须有反馈元件，反馈元件一般有两种，一种是采用同轴的测速发电机，把步进电机的转速反馈回来，然后通过显示器显示出来并对步进电机进行调节；别一种是通过光同轴的电编码器把步进电机的转速反馈回来对步进电机进行调节；两者相比，后者的设计比较简单，价格便宜，安全可靠，污染少。
固一般采用后者，用光电骗码器作为反馈元件。
3.6 驱动电路的选择步进电机的驱动电机有多种，但最为常用的就是单电压驱动、双电压驱动、斩波驱动、细分控制驱动等。
单电压驱动是步进电机控制中最为简单的一种驱动电路，它在本质上是一个单间的反相器。
它的最大特点是结构简单，因它的工作效率低，特别是在高频下更显的突出。
它的外接电阻R要消耗相当一部分的热量，这样就会影响电路的稳定性所以此种驱动方式一般只用在小功率的步进电机的驱动电路中。
双电压驱动是电路一般采用两种电源电压来驱动，因这两个电源分别是一个为高压一个为低压，因此也称为高低压驱动电路。
双电压驱动电路的缺点是在高低压连接处电流出现谷点，这样必然引起力矩在谷点处下降。
不宜于电机的正常运行。
对于斩波电路驱动则可以克服这种缺点，并且还可以提高步进电机的效率。
别一种是用单片机采用数子脉宽调制的方法获得阶梯电流，这种方法需要复杂的计算可使细分后的步距角一致。
但因本次设计对步进电机的精度要求比较高转速的调节X围比较广，固应选用驱动芯片8713来驱动，并通过软件来实现步进电机的调速。
4 硬件电路的设计4.1 单片机的选择本次设计以CPU选用89C5l作为步进电机的控制芯片．89C51的结构简单并可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上.使用方便等优点，而且完全兼容MCS5l系列单片机的所有功能。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM —FAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）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。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，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。
单片机的引脚功能1）VCC（40）：电源+5V。
2）VSS（20）：接地，也就是GND。
3）XTL1（19）和XTL2（18）：振荡电路。
4）PSEN（29）：片外ROM选通信号，低电平有效。
5）ALE/PROG（30）：地址锁存信号输出端/EPROM编程脉冲输入端。
6）RST/VPD（9）：复位信号输入端/备用电源输入端。
7）EA/VPP（31）：内/外部ROM选择端8）P0口（39-32）：双向I/O口。
P1口（1-8）：准双向通用I/0口。
9）P2口（21-28）：准双向I/0口。
原理图如4.1.1所示：图4.1 AT89C51的引脚图4.2 步进电机的选择反应式步进电动机是利用凸极转子交轴磁阻与直轴磁阻之差所产生的反应转矩而转动的所以也称为磁阻式步进电动机现以一个最简单的三相反应式步进电动机为例说明其工作原理.三相六拍通电方式设A相首先通电，转子齿与定子A、A′对齐。
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，转子将转到两个磁拉力平衡为止。
这时转子的位置如图所示，即转子从图位置顺时针转过了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，转子从图的位置又转过了15°。
其位置所示。
这样，如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15°。
电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。
如果按A→A、C→C →C、B→B→B、A→A…的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。
图4.2 三相双三拍运行方式在分析步进电动机动态运行时，不仅要知道某一相控制绕组通电时的矩角特性，而且要知道整个运行过程中各相控制绕组通电状态下的矩角特性，即所谓矩角特性族以三相单三拍的通电方式为例，若将失调角θ的坐标轴统一取在A 相磁极的轴线上，显然A 相通电时矩角特性如图中曲线A 所示稳定平衡点为O，点B 相通电时转子转过1/3 齿距相当于转过2π/3 电角度,它的曲线C, 这三条曲线就构成了三相单三拍通电方式时的矩角特性族总之矩角特性族中的每一条曲线依次错开一个用电角度表示的步矩角\* MERGEFORMAT\* MERGEFORMAT\* MERGEFORMAT步进电机的动态特性是指步进电动机在运行过程中的特性它直接影响系统工作的可靠性和系统的快速反应。
