(毕业论文)基于单片机的步进电机驱动设计(终稿).doc

课程设计论文 题 目： 基于单片机的步进电机驱动设计 学 院： 测试与光电工程学院 专业名称： 电子科学与技术 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年月 1 绪论 3 2 步进电机工作原理 3 2.1 换相顺序的控制 4 2.2 步进电机的换向控制 4 2.3 步进电机的速度控制 4 2.4 步进电机的起停控制 4 2.5 步进电机的加减速控制 5 2.6 步进电机的换向控制 6 3 步进电机系统软件设计 8 3.1 步进电动机控制程序 8 3.2 按键扫描子程序 10 3.3 加、减程序设计 11 4 步进电机系统硬件设计 13 4.1 单片机最小系统 13 4.2 步进电机驱动电路 15 4.3 显示电路 18 4.4 按键电路 19 5 系统调试 19 5.1 软件调试 19 5.2 硬件调试 20 6 总结 20 6.1 论文工作总结 20 6.2 对后续工作的展望 21 7 结束语 21 22 9 参考文献 22 附录--步进电机驱动程序 23 1 绪论 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重要的意义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，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）。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，因此在众多领域有着极其广泛的应用。 2 步进电机工作原理 由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备----步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图1所示：控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。另一类是用硬件构成的环形分配器，通常称硬环形分配器。功率放大器主要对环形分配器的较小输出信号进行放大，以达到驱动步进电机的目的，步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制两个方面。从结构上看，步进电机分为三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3种，其基本原理如下： 2.1 换相顺序的控制 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如，三相步进电机在单三拍的工作方式下，其各相通电顺序为A→B→C→A，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、CAB→BC→CA→AB，三相六拍的通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A。 A→AB→B→BC→C→CA→A。如果按反序通电换相，即A→AC→C→CB→B→BA→A，则电机就反转。其他方式情况类似。 2.3 步进电机的速度控制 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调试。 2.4 步进电机的起停控制 步进电机由于其电气特性，运转时会有步进感。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，跳过电机运行的平稳性。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，使步进电机转轴不能自由转动。 2.5 步进电机的加减速控制 在步进电机控制系统中，通过实验发现，如果信号变化太快，步进电机由于惯性跟不上电信号的变化，这时就会产生堵转和失步现象。所有步进电机在启动时，必须有加速过程，在停止时波形有减速过程。理想的加速曲线一般为指数曲线，步进电机整个降速过程频率变化规律是整个加速过程频率变化规律的逆过程。选定的曲线比较符合步进电机升降过程的运行规律，能充分利用步进电机的有效转矩，快速响应性好，缩短了升降速的时间，并可防止失步和过冲现象。在一个实际的控制系统中，要根据负载的情况来选择步进电机。步进电机能响应而不失步的最高步进频率称为“启动频率”，于此类似“停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不冲过目标位置的最高步进频率。