基于单片机控制的步进电机系统1.doc

1 绪论 早期步进电机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了步进电机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为步进电机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效地提高工作效率。本，并对步进电机的原理进行了研究。经分析，该系统不仅成本低，易于实现并且性能稳定，方便扩展，无论是对工程实践还是对的研究都有重要意义。 步进电动机的应用十分广泛，如机械加工、绘图机、机器人、计算机的外部设备、自动记录仪表等等。它主要用于工作难度大、要求的速度快、精度高等场合。尤其是电力电子技术和微电子技术的发展为步进电动机的应用开辟了广阔的前景。下面举几个实例简单说明步进电动机的一些典型应用[1]。 数控机床 数控机床是数字程序控制机床的简称。它具有通用性、灵活性及高度自动化的特点。主要适用于加工零件精度要求高，形状比较复杂的生产中。它的工作过程是，首先应按照零件加工的要求和加工的工序，编制加工程序，并将该程序送入微型计算机中。计算机根据程序中的数据和指令进行大量计算和控制；然后根据所得的结果向各个方向的步进电动机发出相应的控制脉冲信号，使步进电动机带动工作机构按加工的要求依次完成各种动作，如转速变化、正反转、起停等等。这样就能自动地加工出程序所要求的零件。图1.1为数控机床方框图，图中实线所示的系统为开环控制系统，在开环系统的基础上，再加上虚线所示的测量装置，即构成闭环控制系统[2]。 软磁盘驱动系统 软磁盘存贮器是一种十分简便的外部信息存贮装置。当软磁盘插入驱动器后，驱动电机带动主轴旋转，使盘片在盘套内转动。磁头安装在磁头小车上，步进电动机通过传动机构驱动磁头小车，步进电动机的步矩角变换成磁头的位移。步进电动机每行进一步，磁头移动一个磁道，如图1.2所示。 图1.1 数控机床方框图 图1.2 软磁盘驱动系统 一般针式打印机的字车电机和走纸电机都采用步进电动机，如LQ-1600K打印机。在逻辑控制电路CPU和门阵列的控制下，走纸步进电动机通过传动机构带动纸滚转动，每转一步使纸移动一定的距离。字车步进电动机可以加速或减速，使字车停在任意指定位置，或返回到打印起始位置。字车电机的步进速度是由一单元时间内多个驱动脉冲所决定的，改变步进速度可产生不同的打印模式中的字距。 1.2 本文主要内容简介 本设计针对某款小功率步进电机，以AT89C51单片机为核心，通过合理地选择外围器件，设计一块步进电机控制电路，并利用仿真软件对设计的结果进行仿真验证。 第一章主要介绍了单片机及步进电机的应用领域与发展前景。 第二章介绍了步进电机采用单片机控制的基本原理步进电机的结构与原 第三章主要介绍了系统的软硬件设计，详细介绍了各个模块的结构和特点，并列出了程序流程图。 第四章主要是进行电路系统的总体仿真，并将其结果分析。 2 步进电机采用单片机控制的基本原理 典型的步进电机驱动控制系统组成：步进控制器由单片机实现，驱动器把单片机输出的脉冲加以放大，2.1[3]所示。 A B C 图2.1 典型的步进电机驱动控制电路图 图中单片机的I/O口一位控制步进电机的一相绕组，，2.1 三相六拍控制方式的数学模型 步序 控制位 C B A 控制模型 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H AB 1 1 1 1 1 0 1 1 FBH B 1 1 1 1 1 0 1 0 FAH BC 1 1 1 1 1 1 1 0 FEH C 1 1 1 1 1 1 0 0 FCH CA 1 1 1 1 1 1 0 1 FDH 以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型。因此步进驱动控制器实际上就是按上述控制方式所规定的输入顺序脉冲序列，， 2.1 步进电机的结构与工作原理 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，(称为“步距角”)，，，[4]。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，(精度为100%)的特点，，，2.2即为一款步进电机的实物图。利用步进电机的准确动作和进电机的细分技术，，，，，，， 图2.2 EPSON的UMX-1 在传统步进电机的控制电路中，步进电机的转动常采用方波脉冲来进