步进电机运动控制系统设计
基于单片机的步进电机多轴运动控制系统设计
摘要步进电机是将电脉冲信号转变成角位移的执行机构，其转速、停止位置只与脉冲信号的频率和脉冲数有关，具有误差小，易控制等特点，广泛应用于机械、电子、纺织、化工、石油等行业。
尤其是在医疗行业中，比如在 X 光扫描方面，都会用到电机，步进电机的优点使其成为医疗行业里最为适用的电机。
本设计中的多轴控制系统可以运用在 X 光扫描仪等多种仪器上。
本设计选用 STC89C55RD+型单片机作为核心控制单元，实现 M35SP-7 型步进电机的多轴运动控制，并通过 RS232 串口实现与上位 PC 机通讯功能。
设计中运用单片机软件编程方式实现步进电机环形分配器功能，用 P1.0 口、P1.1 口、P1.2 口和P1.3 口分别控制四相步进电机的 A 相、B 相、C 相和 D 相绕组的通电顺序，软件上采用查表方法实现单双八拍工作方式环形脉冲分配。
步进电机驱动部分采用ULN2003A 驱动芯片，实现功率放大，驱动步进电机。
最后使用 Proteus 软件绘制了单片机控制步进电机多轴运动的原理图。
上述设计经实验验证是有效可行的。
关键词单片机，步进电机，多轴运动，串口通讯AbstractStepper motor is an implementing mechanism that convert the electronic pulse intoangle displacement.Its speed and the stop position only about the frequencyand pulseseveral of the pulse signal,its characteristics are minor error,easy to control and so on,itis widely applied to mechanical, electronic, textile, chemical, oil, etc. Especially in themedical industry,such as an x-ray scanning,need motors.Stepper motor'sadvantagesmake it become the most suitable medical industry machine.The multi-axiscontrolsystem in the design can be used on a variety of instruments such as an x-ray scanning.This design choose STC89C55RD + SCM as the core of the control unit,to realizeM35SP-7 type stepper motor's multi-axis control,and use RS232 serial torealize PCcommunication function.This design use SCM software programming realize steppermotor circular distribution function,P1.0, P1.1, P1.2 and P1.3 respectively controllingA, B, C and D phases' electricity order on the four phase step motor's.Software is usedon look-up table method teak eight single working way circular pulse distribution.Thisdesign use ULN2003A realize power amplifier to drive stepper motor.Finally Keywords：SCM, Stepper Motor, Multi-axis motion, serial communicationusingProteus to draw the principle diagram of the SCM control stepper motormulti-axismotion.The above design experiments showed is effective and feasible.基于单片机的步进电机多轴运动控制系统设计 目 录第一章 引言..........................................................................................................................1 1.1 选题背景............................................................................................ (1)1.2 研究意义 (1)1.3 发展状况 (2)1.4 课题主要研究的内容 ................................................... 3 第二章 控制系统硬件设计 ........................................................................................... (4)2.1 单片机控制系统原理............................................................................................ (4)2.1.1 单片机的种类............................................................................................ (4)2.1.2 单片机的发展历程............................................................................................ (4)2.1.3 51 单片机的引脚安排 (5)2.1.4 单片机的结构............................................................................................ (7)2.2 步进电机............................................................................................ (11)2.2.1 M35SP-7 步进马达的性能参数 (12)2.2.2 步进电机原理............................................................................................ (13)2.2.3 驱动控制系统组成..............................................................................................182.2.4 步进电机的应用............................................................................................ (21)2.2.5 步进电机的单片机控制 (22)2.2.6 步进电机的多轴联动 (23)2.3 ULN2003A 驱动芯片............................................................................................4.1 单片机程序设计........................................................................................... (34)4.2 程序实现与调试........................................................................................... (34)第五章结论与展望........................................................................................... . (37)5.1 结论........................................................................................... . (37)5.2 展望........................................................................................... . (37)参考文献 .......................................................................................... .. (38)致谢........................................................................................... . (40)附录........................................................................................... . (41)声明........................................................................................... . (48)第一章引言1.1 选题背景不仅在大型工业中，在医疗过程中也需要机械的帮助，利用步进电机的多轴控制可以让医疗设备精确的扫描人体的各个部位，为治疗带来更精确的数据来正确、快速的治疗病人。
步进电机运动控制系统硬件部分的设计
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
（ ） Ｌ ／Ｒ Ｇ ３ ） ５ Ａ ＥＰ Ｏ （ ０ 。地址锁存信号输 出端 ／Ｐ Ｏ Ｅ Ｒ Ｍ编程 脉 冲输入 端 ；
Байду номын сангаас
决于脉 冲信号 的频率和 脉冲数 ， 不受负载变 化的影 响 ， 而 即给
输入 和输 出 ， 反向放大器 可 以配置 为片 内振荡 器 。 该 石晶振荡 和陶瓷振 荡均可采用 。 如采 用外部时钟 源驱动器件 ，Ｔ ２ Ｘ ＡＬ 应 不接受 。有余输入 至内部时钟信 号 ，要 通过一个 二分频触发
器， 因此对外部 时钟信号 的脉 宽无任何 要求 ， 但必 须保证脉 冲
了一 种 灵 活 性 高 且 价 廉 的方 案 １１ 单 片 机 的 引 脚 功 能 ．
除 ， 通过 正确 的控制信 号组 合 ， 可 并保 持 Ａ Ｅ管脚 处 于低 电 Ｌ 平 １ 来 完成 。在芯 片擦 操作 中 ， 码阵 列全被 写“ ” ０ｍｓ 代 １ 且在
任何非空 存储字节被重复编程 以前 ， 该操作 必须被执行 。
此外 ，Ｔ９ ５ 设有稳态 逻辑 ， 以在低 到零频 率的条件 Ａ ８Ｃ １ 可
下静态逻 辑 ， 持两种软件 可选的掉 电模式 。在闲置模 式下 ， 支
Ｃ Ｕ停止工作 。 Ｒ Ｍ定时器 、 Ｐ 但 Ａ 计数器 、 口和中断系统仍在 串 工作 。 在掉 电模 式下 ， 保存 Ｒ ＡＭ 的内容并 且冻结振荡器 ， 禁止
所用其他 芯片功能 ， 到下一 个硬件复位 为止。 直
单 片机是 一种时序 电路 ， 必须有 脉 冲信号 才能工作 ， 其 在
步进电机运动控制系统设计
步进电机运动控制系统设计设计时考虑到CPU在执行指令时可能受到干扰的冲击,导致程序”跑飞”或者进入”死循环”,因此,设计了看门狗电路,使用的是MAXIM公司生产的微处理系统监控集成芯片MAXI813。
本文还详细地给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该汇编程序。
步进电机最早是在1920年由英国人所开发。
1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。
以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的系统中。
在生产过程中要求自动化、省、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微和技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民领域都有应用。
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。
步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。
一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。
步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。
在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。
因此非常适合于单片机控制。
步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。
步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
机电一体化系统设计05 步进电机运动控制系统
5.1步进电动机与驱动
1 步进电动机的特点、种类、工作原理
厚 励德 志达 勤理 工
（1）步进电动机的特点 ① 控制精度由步进角决定（ ）。 ② 抗干扰能力强，在电机电特性工作范围 内，不产生丢步或无法工作等现象。 ③ 电机每转动一步进角，尽管存在一定的 转角误差，但电机转动360时，转角累计误 差将归零。 ④ 控制性能好，不会产生“丢步 ”现象 （频繁启动、停止、变换）。 ⑤易于与计算机实现对接。
变频信号
方向信号
步进电机驱动电路的组成
一种四相步进电机驱动实用电路
或
厚 励德 志达 勤理 工
0.1μ f 0.1μ f
步进脉冲输出
0.1μ f
定时器引 脚布局
引脚布局
引脚布局
步进脉冲
线圈
方 向 控 制
线圈
7476 7486
线圈
线圈
（1）环形脉冲分配器
厚 励德 志达 勤理 工
由于步进电机的工作原理是各绕组必须按 一定的顺序通电变化才能正常工作（A B C A B ……；A AB B BC C CA A AB B ……），完成这种通电 顺序变化规律的部件称为环形脉冲分配器。 实现脉冲环形分配的方法主要有三种： 软件分频——可充分利用计算机资源降低 硬件成本，可适用多相脉冲分配，但将占用 计算机运行时间，影响步进电机的运行速度。 IC集成电路分频（DDT分频器）——灵活性 强，可搭接成任意通电顺序的环形分配器， 不站用计算机的工作时间。
功率放大器是实现控制信号与步进电机匹配的 重要组件。 常见的步进电机功率放大器的组成与特点如下： ·单电压功率放大电路
w w w
特点：电路结构简单，但串联R2消耗能量降低放大 功率；电感较大使电路对脉冲反应较慢,输出波形 差。主要用于转速要求不高的小型步进电机控制。
基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计共3篇
基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计共3篇基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计1本文介绍了基于STM32和FPGA的多通道步进电机控制系统设计。
一、设计目标本次设计的目标是：设计一个可控制多路步进电机的系统，具备高效、可靠的控制方式，实现步进电机多通道运动控制的目标。
二、硬件选型1、主控芯片STM32本设计采用STM32作为主控芯片，STM32系列微控制器具有高性能、低功耗、高集成度、易于开发等优点，非常适合此类控制系统。
2、FPGA本设计采用FPGA作为数据处理和控制模块，FPGA具有可编程性和高速、低功耗的特点，在电机控制系统中有广泛的应用。
3、步进电机步进电机具有速度可调、定位精度高等特点，很适合一些高精度的位置控制系统。
4、电源模块电源模块负责为整个系统提供稳定的电源。
5、驱动模块驱动模块负责驱动步进电机，其控制原理为将电机的输入电流拆分为若干个短脉冲信号，每一个短脉冲信号控制一个步距运动。
三、系统设计1、STM32控制器设计STM32控制器是本系统的核心，其功能是读取FPGA发送的控制信号和控制步进电机的运动。
STM32控制器处理的信号主要包括方向信号、脉冲信号、微步子段等控制参数，将这些参数按照驱动模块的需求分发到各个驱动模块中，从而控制步进电机的运动。
2、FPGA模块设计FPGA模块是本系统的数据处理模块，其主要功能是接收STM32发送的指令，进行解码并且转化为步进电机的控制信号，以驱动步进电机的运动，同时FPGA模块还负责将电机的运动数据反馈回STM32，以保证整个系统的稳定运行。
3、驱动模块设计驱动模块是本系统的控制模块，其主要功能是将电机的输入电流拆分成若干个短脉冲信号，每一个短脉冲信号控制一个步距运动，从而实现对步进电机的控制。
四、系统流程1、系统初始化整个系统初始化主要包括STM32控制器的初始化、FPGA模块的初始化、各个驱动模块的初始化、电源模块的初始化，当系统初始化完成后，所有硬件设备均已经准备完成，可以开始正常的运行。
步进电机角度控制设计教程
步进电机角度控制设计教程步进电机是一种常用的电动机，它的运动可以被精确地控制。
步进电机的角度控制设计是指如何精确地控制电机的旋转角度。
本教程将介绍步进电机角度控制的基本原理和设计方法。
一、步进电机的基本原理步进电机由定子和转子组成，定子由电磁线圈组成，转子上有几个磁性极对。
当电流通过定子线圈时，会产生磁场，与磁性极对相互作用，从而引起转子的运动。
步进电机的运动分为两种模式：全步进和半步进。
全步进模式下，电机每次运动一个步距角度，而半步进模式下，电机每次运动一半步距角度。
根据需要，可以选择使用全步进模式或半步进模式。
二、步进电机角度控制设计方法1.确定步距角度首先，要确定所需的步距角度。
步进电机一般有1.8度、0.9度或0.45度等常见步距角度。
根据应用需要，选择合适的步距角度。
2.驱动电路设计步进电机需要一个驱动电路来控制电流的大小和方向，以实现精确的角度控制。
常用的驱动电路有单相和双相驱动电路。
单相驱动电路适合全步进模式，双相驱动电路适合半步进模式。
驱动电路一般由功率电路和控制电路组成。
功率电路负责控制电流的大小和方向，控制电路负责接收控制信号并产生相应的驱动信号。
3.控制信号设计控制信号是控制步进电机运动的关键。
通常使用微控制器或其他控制器来产生控制信号。
控制信号的频率和波形决定了电机的运动方式。
在全步进模式下，控制信号的频率应为电机的旋转频率，控制信号的波形为方波。
在半步进模式下，控制信号的频率是全步进模式的一半，控制信号的波形为方波和脉冲。
4.位置检测和反馈控制为了实现精确的角度控制，通常需要在步进电机上添加位置检测和反馈控制。
位置检测可以使用光电编码器、磁编码器等位置传感器实现，反馈控制可以根据位置检测结果对控制信号进行调整。
三、步进电机角度控制实例下面以一个步进电机角度控制实例来说明设计方法的具体步骤。
假设需要控制一个1.8度步距角度的步进电机，使用双相驱动电路和微控制器产生控制信号。
单片机步进电动机控制系统设计
前言单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。
它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。
从此，计算机技术在两个重要领域-—通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展，并正在深深地改变着我们的社会。
采用8031单片机控制步进电机，可实现步进电动机正反转控制和步进电动机的无级调速。
分析了步进电机的工作原理,讨论了系统硬件和软件的设计方法,并给出了步进电机的四相八拍单片机控制的具体实现方法。
该系统操作简单，降低了成本，提高了系统的可靠性。
步进电机具有控制方便和体积小等特点,因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用。
近年来大规模集成电路的发展以及各种单片机的迅速发展和普及,为设计功能强、价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源.步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，它的运行需要专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号控制。
每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度,这个角度称为步距角。
脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电动机旋转的速度，改变绕组的通电顺序可以改变电机旋转的方向。
在数字控制系统中，它既可以用作驱动电动机，也可以用作伺服电动机.它在工业过程控制中得到广泛的应用，尤其在智能仪表和需要精确定位的场合应用更为广泛。
1 单片机的基本知识1。
1 概述单片微型计算机简称单片机，由于它的结构及功能均是按工业控制要求设计的,所以其确切的名称应是单片微控制器（Single Chip Microcontroller）.它是把微型机算计的各个功能部件：中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、并行I/O接口、定时器/计数器及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机系统,故又把它称为单片微型计算机系统（Single Chip Microcomputer）.由于单片机面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是应控制领域应用的要求而诞生的.随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等。
基于ST-200PLC步进电机运动控制系统设计
设计控制系统中有 ７个数字量输入和 ３个
１系统的方案设计
本 系 统 设 计 实 现 三 个 主 要 功 能 ：对 步 进
出高 电平 “ １ ” ， 方 向 脉 冲 使得 步 进 电机 按 相
ｓ ７ — ２ ０ ０ ＣＰ Ｕ２ ２ ６型号 Ｐ Ｌ Ｃ结构紧凑 、扩展 性强 ，具有 丰富的功 能单元 ，可满足 中小复杂 的控制系统要求，故 本设计 中选用此型号作为 系统控 制器 。 结合步进 电机 的成本性能要求 ，选用两相 ５ ６系 列 的 ＤＭ５ ６ ７ ６ Ａ型 步进 电机 ，这 种步 进 电机机构简单、响应快、 距角小 、步进频率 高、经久耐用、力矩 － 惯性 比高等。 选用与 Ｄ Ｍ５ ６ ７ ６ Ａ型步进 电机 配套的 Ｄ ＭＤ４ ０ ３步进 电 机驱动器。
为 ＶＷ２ ０ ０ ＝ｖ ｗ２ ０ （ ） 一Ｖｗ １ ０ ，步进 电机 的速度 选用 Ｃ Ｐ ２ ４ ３ － １ 通 信模块 ，来实 现对系 统 就相应 的增加 。按 下减速 指令时接通 Ｉ Ｏ ． ４ ，执 的远程控制。 行 子程 序 Ｓ Ｂ Ｒ一 １ 加 法指 令 ，每 按一 次，高速
２ ． ２ Ｉ ／ ０ 分 配 及硬 件接 线
通过对步进 电机运的周 期为 Ｖ Ｗ２ ０ ０ ＝Ｖ Ｗ２ ０ ０ ＋ Ｖ Ｗ１ ０ 。步 进
电机 的速度就相应的减小。
器人的各种 动作。 为此本论文将 以此为 切入点 ，
设计 出一套基 于 Ｐ Ｌ Ｃ 的 步 进 电 机 运 动 控 制 系
基于51单片机的步进电机控制系统设计
基于51单片机的步进电机控制系统设计步进电机是一种特殊的直流电动机，具有定角度、定位置、高精度等特点，在许多领域得到广泛应用，如机械装置、仪器设备、医疗设备等。
本文将基于51单片机设计一个步进电机控制系统，主要包括硬件设计和软件设计两部分。
一、硬件设计步进电机控制系统的硬件设计主要包括51单片机、外部电源、步进电机驱动模块、以及其他辅助电路。
1.51单片机选择由于步进电机控制需要执行复杂的算法和时序控制，所以需要一个性能较高的单片机。
本设计选择51单片机作为主控芯片，因为51单片机具有丰富的外设接口、强大的计算能力和丰富的资源。
2.外部电源步进电机需要较高的电流供给，因此外部电源选择稳定的直流电源，能够提供足够的电流供电。
电源电压和电流的大小需要根据具体的步进电机来确定。
3.步进电机驱动模块步进电机驱动模块是连接步进电机和51单片机的关键部分，它负责将51单片机输出的脉冲信号转化为对步进电机的驱动信号，控制步进电机准确转动。
常用的步进电机驱动芯片有L297、ULN2003等。
4.其他辅助电路为了保证步进电机控制系统的稳定运行，还需要一些辅助电路，如限流电路、电源滤波电路、保护电路等。
这些电路的设计需要根据具体的应用来确定。
二、软件设计1.系统初始化系统初始化主要包括对51单片机进行外部中断、定时器、串口和IO 口等初始化设置。
根据实际需求还可以进行其他模块的初始化设置。
2.步进电机驱动程序步进电机的驱动程序主要通过脉冲信号来控制电机的转动。
脉冲信号的频率和脉冲宽度决定了电机的转速和运行方向。
脉冲信号可以通过定时器产生，也可以通过外部中断产生。
3.运动控制算法步进电机的运动控制可以采用开环控制或闭环控制。
开环控制简单，但无法保证运动的准确性和稳定性；闭环控制通过对电机转动的反馈信号进行处理来调整脉冲信号的生成，从而实现精确的运动控制。
4.其他功能设计根据具体的应用需求，可以加入其他功能设计，如速度控制、位置控制、加速度控制等。
基于51单片机的步进电机控制系统设计与实现
步进电机工作原理
步进电机是一种基于磁场的控制系统，工作原理是当电流通过定子绕组时，会 产生一个磁场，该磁场会吸引转子铁芯到相应的位置，从而产生一定的角位移。 步进电机的角位移量与输入的脉冲数量成正比，因此，通过控制输入的脉冲数 量和频率，可以实现精确的角位移和速度控制。同时，步进电机具有较高的分 辨率和灵敏度，可以满足各种高精度应用场景的需求。
二、系统设计
1、硬件设计
本系统主要包括51单片机、步进电机、驱动器、按键和LED显示等部分。其中， 51单片机负责接收按键输入并控制步进电机的运动；步进电机用于驱动负载运 动；驱动器负责将51单片机的输出信号放大，以驱动步进电机。LED显示用于 显示当前步进电机的状态。
2、软件设计
软件部分主要包括按键处理、步进电机控制和LED显示等模块。按键处理模块 负责接收用户输入，并根据输入控制步进电机的运动；步进电机控制模块根据 按键输入和当前步进电机的状态，计算出步进电机下一步的运动状态；LED显 示模块则负责实时更新LED显示。
三、系统实现
1、按键输入的实现
为了实现按键输入，我们需要在主程序中定义按键处理函数。当按键被按下时， 函数将读取按键的值，并将其存储在全局变量中。这样，主程序可以根据按键 的值来控制步进电机的转动。
2、显示输出的实现
为了实现显示输出，我们需要使用单片机的输出口来控制显示模块的输入。在 中断服务程序中，我们根据设定的值来更新显示模块的输出，以反映步进电机 的实时转动状态。
基于单片机的步进电机控制系统需要硬件部分主要包括单片机、步进电机、驱 动器、按键和显示模块等。其中，单片机作为系统的核心，负责处理按键输入、 控制步进电机转动以及显示输出等功能。步进电机选用四相八拍步进电机，驱 动器选择适合该电机的驱动器，按键用于输入设定值，显示模块用于显示当前 步进电机的转动状态。
外文翻译--步进电机运动控制系统设计
密级分类号编号成绩本科生毕业设计 (论文)外文翻译原文标题Stepper Motor Motion Control System Design 译文标题步进电机运动控制系统设计作者所在系别机械工程系作者所在专业机械设计制造及其自动化作者所在班级作者姓名作者学号指导教师姓名指导教师职称完成时间2012 年 2 月的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。
在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。
因此非常适合于单片机控制。
步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。
步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
一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。
二步进电机详细调速原理步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电的调速。
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计
基于单片机控制的步进电机调速系统的设计步进电机是一种常用的电机类型，它通常用来实现精确定位和控制运动。
步进电机的控制需要一个精确的调速系统来确保稳定的运行和准确的位置控制。
本文将基于单片机控制的步进电机调速系统进行设计。
首先，我们需要选择合适的硬件以及编程平台。
本设计选择使用Arduino Uno作为单片机控制器，它具有易用性和强大的控制功能。
步进电机选择了NEMA 17型号，它具有较高的分辨率和扭矩输出。
接下来，进行电路设计与连接。
将步进电机的四个线圈连接到单片机的GPIO引脚上，并使用电流驱动模块控制电机的供电。
通过连接外部电源，电流驱动器将为步进电机提供稳定的电流，以确保电机能够正常工作。
在编程方面，首先需要编写初始化代码，配置单片机的GPIO引脚以及串口通信功能。
然后，可以使用Arduino提供的步进电机库来控制电机的旋转。
该库提供了简单的命令来控制步进电机的转动方向和转速。
为了设计调速系统，我们可以使用一个旋转编码器来实时监测电机的转速。
旋转编码器将会测量电机的转动次数，从而计算出电机的转速。
在单片机的程序中，我们可以设置一个目标转速，并根据旋转编码器的数据来调整电机的驱动频率。
为了实现平滑的调速过程，我们可以使用PID控制算法来调整电机的驱动频率。
PID控制算法是一种经典的反馈控制算法，它可以根据目标值和实际值之间的差异来调整控制信号。
通过不断地比较电机的实际速度与目标速度，PID控制算法可以动态地调整电机的驱动频率，以达到稳定的调速效果。
最后，我们可以设计一个用户界面来设置目标速度和监控电机的运行状态。
通过串口通信功能，单片机可以与上位机进行数据交互，用户可以通过上位机发送指令来设置目标速度，并且可以实时监测电机的转速和运行状态。
总结起来，基于单片机控制的步进电机调速系统设计需要进行硬件选择与连接、软件编程以及用户界面设计。
通过合理地选择硬件和软件方案，以及使用PID控制算法，我们可以实现一个稳定且准确的步进电机调速系统。
步进电机控制系统设计
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，具有快速启动能力，定位精度高，能够直接接受数字量，因此被广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、精确定位、计算机外围设备等，在现代控制领域起着非常重要的作用。
本设计运用了8086 CPU芯片以及74273芯片、8255A芯片和步进电机以及7位小功率驱动芯片ULN2003A、指示灯等辅助硬件电路，设计了步进电机正反转及调速系统。
绘制软件流程图，进行了软件设计并编写了源程序，最后对软硬件系统进行联合调试。
该步进电机的正反转及调速系统具有控制步进电机正反转的功能，还可以对步进电机进行调速。
关键词：步进电机；正反转；调速控制；ULN2003A芯片；8086微机系统1、课程设计任务书1.1任务和目的 (4)1.2设计题目 (4)1.3内容和要求 (4)1.4列出使用元器件和设备清单 (4)2、绪论 (4)3、步进电机的总体方案 (6)4、步进电机的硬件设计 (7)4.1总体设计思路 (7)4.2电路原理图 (10)4.3线路连接图 (11)5、步进电机软件设计 (12)5. 1流程图 (12)5.2控制程序 (14)&调试说明 (19)6.1调试过程 (19)6.2调试缺陷 (19)7、总结收获 (19)8、参考文献 (20)附录：元器件及设计清单1. 课程设计任务书1.1任务和目的掌握微机硬件和软件综合设计的方法。
1.2设计题目步进电机控制系统设计1.3内容和要求1. 基本要求：控制步进电机转动，要求转速1步/1秒；设计实现接口驱动电路。
2. 提高要求：改善步进电机的控制性能，控制步进电机转/停；正转/反转；改变转速（至少3挡）；1.4列出使用元器件和设备清单8086cpu可编程并行接口8255指示灯键盘74LS138译码器驱动模块步进电机2. 绪论步进电机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Step motor或Steeping motor、Stepper servo Steppe,等等。
基于PLC的步进电机运动控制系统设计
机电工程系基于PLC的步进电机运动控制系统设计专业：测控技术与仪器指导教师：xxx姓名: xxx _______________（2011年5月9日）目录一、步进电机工作原理 (1)1。
步进电机简介 (1)2。
步进电机的运转原理及结构 (1)3。
旋转 (1)4。
步进电动机的特征 (2)1）运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机 (2)2）运转量与脉冲数的比例关系 (2)3）运转速度与脉冲速度的比例关系 (2)二、西门子S7-200 CPU 224 XP CN (2)三、三相异步电动机DF3A驱动器 (3)1。
产品特点 (3)2。
主要技术参数 (3)四、PLC与步进电机驱动器接口原理图 (5)五、PLC控制实例的流程图及梯形图 (5)1.控制要求 (5)2。
流程图 (5)3.梯形图 (6)六、参考文献 (6)七、控制系统设计总结 (6)基于PLC的步进电机运动控制系统设计一、步进电机工作原理1.步进电机简介步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：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;也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。
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等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单2.步进电机的运转原理及结构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，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）3.旋转如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用,齿1与A对齐，（转子不受任何力，以下均同）。
步进电机控制系统设计
步进电机控制系统设计目录1绪论 (3)1.1 步进电机概述 (3)1.2 步进电机的特征 (3)1.3 步进电机驱动系统概述 (4)1.4 课题研究的主要内容 (4)2步进电机驱动系统的方案论证 (5)2.1 步进电机驱动系统简介 (5)2.2 步进电机驱动器的特点 (5)2.3 混合式步进电机的驱动电路分类和性能比较 (6)2.3.1 双极性驱动器与单极性驱动器 (6)2.3.2 单电压驱动方式 (8)2.3.3 高低压驱动方式 (9)2.3.4 斩波恒流驱动 (10)2.4 方案的确定 (10)3混合式步进电动机驱动控制系统硬件设计 (11)3.1单片机最小系统 (11)3.2 红外遥控电路 (12)3.2.1 红外发射电路 (12)3.2.2 红外接收电路 (13)3.3 LCD显示电路 (14)3.4 双机通讯 (15)3.5 步进电机驱动部分 (16)3.5.1 单极性步进电机驱动 (16)3.5.2 双极性步进电机驱动 (18)3.6 电源电路 (18)4 软件设计 (19)4.1 主机LCD显示菜单程序 (19)4.2 双机通讯程序 (20)4.3 下位机步进电机驱动程序 (22)5 驱动器试验结果 (24)5.1 概述 (24)5.2 试验内容和结论 (24)总结 (26)参考文献 (27)1绪论1.1 步进电机概述步进电机是将电脉冲信号转换为角位移或线性运动的执行器。
它由步进电机及其动力驱动装置组成，形成开环定位运动系统。
当步进驱动器接收到脉冲信号时，它驱动步进电机以设定方向以固定角度（步进角度）旋转。
脉冲输入越多，电机旋转的角度越大;输入脉冲的频率越高，电机的速度越快。
因此，可以通过控制脉冲数来控制角位移，从而达到精确定位的目的;同时，通过控制脉冲频率可以控制电机转速，从而达到调速的目的。
根据自身结构，步进电机可分为三类：反应型（VR），永磁型（PM）和混合型（HB）。
混合式步进电机具有无功和永磁两种优点，应用越来越广泛。
步进电机系统开发方案
步进电机系统开发方案
步进电机是一种通过控制电流大小和方向来驱动转子旋转的电机，它具有定位精度高、控制简单、响应迅速等优点，因此在许多自动化控制系统中得到了广泛应用。
步进电机的系统开发方案主要包括硬件设计和软件编程两个方面。
首先是硬件设计方面，主要需要设计电机驱动电路、控制器和电源等。
1. 电机驱动电路：根据步进电机的特性，采用适当的驱动方式，如全步进驱动、半步进驱动或微步进驱动。
电机驱动电路可以选择使用集成驱动芯片，也可以使用离散元件组成的驱动电路。
2. 控制器：设计一个控制器来控制步进电机的运动，通常采用单片机作为控制器，通过读取传感器的反馈信号确定电机的位置，并根据预定的控制算法来驱动电机旋转。
3. 电源：选择合适的电源供应步进电机系统，电源的稳定性和功率大小需要满足电机系统的需求。
其次是软件编程方面，主要包括控制算法的设计和编程实现。
1. 控制算法设计：根据步进电机的运动特性和系统需求，设计合适的控制算法，确定电机应该如何旋转以达到预定位置。
2. 程序编写：使用编程语言编写程序，在控制器上实现控制算法。
程序需要读取传感器数据、控制驱动电路以及与外部设备进行通信。
最后是整体系统测试和调试。
进行系统集成后，需要进行综合测试，验证硬件和软件的功能正常，并且达到了预期的性能要求。
如果发现问题，需要进行调试和优化，直到系统能够稳定
可靠地运行。
在步进电机系统的开发过程中，需要充分考虑各个组件之间的配合和协作，选用合适的硬件和软件设计方案，并进行系统测试和调试，才能确保最终的步进电机系统性能优良、稳定可靠。
步进电机多轴运动控制系统的研究
步进电机多轴运动控制系统的研究1. 本文概述随着现代工业自动化和精密控制技术的快速发展，步进电机因其高精度、易于控制等特点，在多轴运动控制系统中扮演着至关重要的角色。
本文旨在深入研究步进电机在多轴运动控制系统中的应用，探讨其控制策略、系统设计及性能优化等方面的问题。
本文将概述步进电机的基本原理和工作特性，分析其在多轴运动控制中的优势。
接着，将重点探讨步进电机在多轴控制系统中的控制策略，包括开环控制和闭环控制，以及这两种控制策略在实际应用中的优缺点比较。
本文还将详细讨论多轴运动控制系统的设计与实现，包括硬件选型、软件编程及系统集成等方面。
特别关注步进电机与控制器之间的接口技术、运动控制算法的实现，以及系统在实际工作环境中的稳定性和可靠性。
本文将探讨步进电机多轴运动控制系统的性能优化方法，包括速度、精度和效率等方面的提升策略。
通过实验验证和数据分析，评估不同优化策略的实际效果，为步进电机在多轴运动控制系统中的应用提供理论指导和实践参考。
本文将从原理分析、控制策略、系统设计到性能优化等多个方面，全面深入研究步进电机在多轴运动控制系统中的应用，旨在为相关领域的研究和实践提供有益的参考和指导。
2. 步进电机原理及特性步进电机是一种特殊的电机类型，其运动不是连续的，而是按照固定的步长进行。
这种电机的特性使其非常适合需要精确控制位置和速度的应用场景。
步进电机通常被用在开环控制系统中，因为它们不需要持续的反馈信号来调整其运动。
步进电机的工作原理基于电磁学。
电机内部包含一系列电磁极，当电流通过这些电磁极时，它们会产生磁场。
这些磁场与电机内部的永磁体相互作用，产生旋转力矩，从而使电机转动。
通过控制电流的方向和顺序，可以控制电机的旋转方向和步长。
步进电机的主要特性包括其步距角、定位精度和动态性能。
步距角是电机每接收一个脉冲信号所转动的角度，这个角度通常很小，可以在5到8之间。
定位精度是指电机能够准确到达的目标位置，这主要取决于电机的制造精度和控制系统的精度。
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步进电机运动控制系统设计论文关键词：步进电机单片机调速系统论文摘要: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等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。
在本设计方案中采用AT89C51型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。
设计时考虑到CPU在执行指令时可能受到干扰的冲击,导致程序”跑飞”或者进入”死循环”,因此,设计了看门狗电路,使用的是MAXIM公司生产的微处理系统监控集成芯片MAXI813。
本文还详细地给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该汇编语言程序。
前言步进电机最早是在1920年由英国人所开发。
1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。
以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。
在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。
步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。
一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。
步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。
在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。
因此非常适合于单片机控制。
步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。
步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。
第1章步进电机概述1.1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）。
TC \* MERGEFORMAT 1.2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。
1.3步进电机的技术参数：1.3.1步进电机的基本参数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。
TC \* MERGEFORMAT1.3.2步进电机动态指标及术语：1) 步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。
用百分表示：误差/步距角*100%。
不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。
2) 失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。
称之为失步。
3) 失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。
4) 最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。
5) 最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。
6) 运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。
如下图1-1所示：图1-1 力矩频率曲线7) 电机的共振点：步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式步进电机的共振区一般在180-250pps之间（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角为0.9度），电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。
其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。
电机一旦选定，电机的静力矩确定而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态流）平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。
如下图1-2所示：图1-2 力矩频率特性曲线其中，曲线3电流最大、或电压最高;曲线1电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。
要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。
1.4步进电机的分类1.4.1 步进电机分为三大类：1)反应式步进电机（VAriABle ReluCtAnCe，简称 VR）反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。
它的结构简单，成本距角可以做得很小，但动态性能较差。
反应式步进电机有单段式和多段式两种类型。
2)永磁式步进电机（PermAnent MAgnet），简称 PM永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成的，转子本身就是一个磁源。
转子的极数和定子的极数相同，所以一般步进角比较大，它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小（相比反应式），但启动运行频率较低，还需要正负脉冲供电。
3)混合式步进电机（HyBrid，简称 HB）混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。
混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。
因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪声低、低频振动小。
这种电动机最初是作为一种低速驱动用的交流同步机设计的，后来发现如果各相绕组通以脉冲电流，这种电动机也能做步进增量运动。
由于能够开环运行以及控制系统比较简单，因此这种电机在工业领域中得到广泛应用。
TC 1.4.2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。