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步进电机控制系统设计

Lastrevisiondate:13December2020.

电气及自动化课程设计报告

题目步进电机控制系统设计

课程电机与拖动

学生姓名：

学生学号：

年级：2014级

专业：自动化

班级：2班

指导教师：

机械与电气工程学院制

2017年3月

目录

步进电机控制系统设计

1设计的任务与要求

课程设计的任务

步进电机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或

线位移的微电动机，它突出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，快速启停，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，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制设备

等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机

的需求与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。

课程设计的要求

本次实验是基于单片机的控制系统设计，用汇编语言和C语言编写出电机

正转、反转、调速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2001以及相

应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用LCD液晶显示器显示出

来。本次课程设计介绍步进电机以及单片机工作原理、该系统的硬件电路、程

序组成，同时对软、硬件进行了调试。该设计具有思路明确、可靠性高、稳定

性强等特点，通过调试实现了上述功能。

2步进电机控制系统设计方案制定

步进电机工作的原理

步进电机的工作原理就是步进转动，其功能是将脉冲电信号变换为相应的

角位移或者是直线位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进

一步。步进电机的角位移量与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率（f）成正

比，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，而不受负载变化影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个歩

距角。

步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进

电机驱动器。典型的步进电机驱动系统是由步进电机控制器、步进电机驱动器

和步进电机本体三部分组成，步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号。每发

一个脉冲，步进电机驱动器驱动步进电机转子旋转一个歩距角，即步进一步。

步进电机转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决于脉冲的有无或频

率的高低。控制器的方向信号决定步进电机的顺时针或者逆时针旋转。通常，

步进电机驱动器由逻辑控制电路、功率驱动电路、保护电路和电源组成。步进

电机驱动器一旦接收到来自控制器方向的信号和步进脉冲，控制电路就按预先

设定的电机通电方式产生步进电机各相励磁绕组导通或截止信号。控制电路输

出的信号功率很低，不能提供步进电机所需的输出功率，必须进行功率放大，

这就是步进电机驱动器的功率驱动部分。功率驱动电路向步进电机控制绕组输

入电流，使其励磁形成空间旋转磁场，驱动转子运动。保护电路在出现短路、

过载、过热等故障时迅速停止驱动器和电机的运行。

如图1所示的步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只

要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1

是该四项反应式步进电机工作原理图。

图1四项步进电机步进示意图

开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿

对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和

D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开，由于C相绕组的磁力线和1、4号

齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。