步进机细分驱动设计.doc

编号： 课程设计报告书 课 题： 步进电机细分驱动设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 学 号： 题目类型：(理论研究 (实验研究 (工程设计 (工程技术研究 (软件开发 2011 年12月18日 目 录 前言 2 一、课设任务要求及目的 2 二、步进电机细分驱动系统总体设计 2 1、步进电机的原理 3 2、步进电机驱动器原理 3 3、步进电机的细分原理 4 4、系统总体设计概况 5 三、步进电机细分驱动控制系统的电路设计 6 1、单片机控制电路 6 2、D/A转换电路的设计 7 3、光电耦合驱动电路设计 8 四、软件设计及编程 9 五、步进电机细分驱动电路的仿真与调试 11 结论 13 总结 13 参考文献 14 前言 本文讲述了细分驱动技术的原理，重点介绍了细分驱动控制系统的设计方法，设计了一个细分驱动器的设计方案，本文采用常用单片机AT89C51作为脉冲发生器，同时也作为细分控制信号的发生源，应用DAC0832实现D/A转换，采用光耦器件构成步进电机的驱动电路，最终组成电机细分数可选的驱动控制系统。 本文最终通过proteus软件进行电路仿真，仿真结果证明了本次设计的细分驱动控制系统的可行性、可靠性，并且具有精度高、低频运行平滑、稳定性高的优点。 一、课设任务要求及目的 题目1 步进电机细分驱动设计 要求： 实现2相步进电机的2,4,8细分控制 通过按键输入相应的细分参数，电机按照细分数进行运行 设计相应的驱动电路和程序，并通过仿真软件进行仿真 撰写4000字左右的设计说明书 二、步进电机细分驱动系统总体设计 1、步进电机的原理 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。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的特点。使得步进电机在数控机床、打印机、绘图仪、机器人控制、石英钟表等场合都有广泛的应用。 步进电机一般分为永磁式、反应式和混合式3种类型。目前，二相混合式步进电机的应用最为广泛。市场上常见的BYG通用系列二相步进电机是圆形混合式步进电机，步距角一般为1.8度。图一为二相式步进电机的工作原理示意图。由图可知，它有两个绕组，当一个绕组通电后，其定子磁极产生磁场，将转子到相应的磁极处。若绕组在控制脉冲的作用下，通电方向顺序按照：，则电机将顺时针转动；若绕组在控制脉冲的作用下，通电方向顺序按照：，则电机将逆时针转动。控制脉冲每作用一次，通电方向变化一次，使电机转动一步，即一个步距角。脉冲频率越高，电机转动也就越快。 图2.1：二相步进电机工作原理 2、步进电机驱动器原理 由于步进电机不能直接接到直流或工频交流电源上工作，步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电。如图所示，它一般由脉冲发生分配控制单元、功率驱动单元、反馈保护等单元组成，功率驱动单元与步进电机直接相连。 以二相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电顺序为：，其状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；若方向信号为负时，通电时序就变为，电机就逆时针转动。 随着电子技术的发展，功率放大电路由单电压电路、高低电压电路发展到现在的斩波恒流驱动电路。光电耦合驱动电路的基本原理是：其应用于开关电源的控制信号传输与隔离，在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。 电机每转一步，距角为45度，比原来减小了一半，8个脉冲电机转一周。这就实现了2细分。同理可知4细分、8细分的原理。 图2.2 细分后步进电机步距角按下列方法计算：步距角=电机固有步距角／细分数。 4、系统总体设计概况 根据以上的原理分析，在本次课设中我采用了基于单片机控制的细分驱动电路。其系统框图如下图。驱动系统分成四个部分：单片机控制电路、D/A转换电路、功率放大驱动电路。 图2.3 系统框图 此电路以单片机为脉冲发生器，单片机也是细分控制信号的来源，作为细分控制的主控器，单片机在本实验中只需要输出一组控制信号，利用移位寄存器作为脉冲分配器，省去了繁琐的编程。这样就可以实现对步进电机的控制，为了给步进电机增