单片机控制步进电机细分驱动的实现研究
51单片机细分驱动步进电机
51单片机细分驱动步进步进电机一、引言步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
步进电机与普通电机最大的不同就是步进电机能很好地控制电机的旋转角度。
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（及步进角）。
您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。
步进电机原理说明请参考/Article.asp?id=1699533。
大家看到配单片机学习开发板的大多是小巧的那种两相步进电机（六线、也称四相），而实际上应用最广泛的就是工业或专用设备的24V/2~4A的步进电机，这类电机则需要专门制作或购买带细分功能的步进驱动器来驱动，所以了解和学会使用这种驱动器是单片机应用的必修课。
不过无论电机大小，原理是一样的。
二、工业用步进电机典型介绍看到网上不少单片机初学者不知道如何用驱动器去驱动大的步进电机，其实并不难，笔者前不久从仓库中翻出一个BS（白山牌）的步进驱动器和步进电机一套，特用单片机控制实验示范给狼友，下面是步进电机和驱动器外观及参数图。
电机主要参数：步距角----- 1.8°（200步/1圈，即360° / 1.8° = 200）保持转矩----- 0.9N.m电压/电流----- 24V/3.0A相电阻----- 0.75Ω相电感----- 1.1mH转子惯量----- 300g.cm2步进驱动器主要参数：反应频率 ----- 200Kpps （最高）驱动电流 ----- 0.5~4A连续可调电压范围----- DC12~40V 特殊功能：双极恒流斩波方式；步进脉冲停止超过100ms 时，电机线圈自动减半。
设有12/8档等角度恒力矩细分，最高200细分。
细分数1248163264128 D0ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF D1ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF D2ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF D3无效D4ON, 双脉冲：PU为正向步进脉冲信号，DR为反向步进脉冲信号OFF, 单脉冲：PU为步进脉冲信号，DR为方向控制信号D5自检测开关（OFF时接收外部脉冲，ON时驱动器内部发7.5KHz脉冲）二、用单片机驱动步进电机经过测试和电路了解，此驱动器内部各信号输入端具有光耦隔离电路，而且只需10MA左右即可驱动，因此单片机I/O直接接到驱动器即可。
基于单片机的步进电机细分驱动器设计
3 辽宁省教育厅科研基金 (2007098) — 30 —
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2009, 36 (7 )
控制与应用技术 ξ EM CA
图 1 细分驱动器总体框图
2. 1 单片机控制电路 单片机需要处理步进脉冲信号 ( CP) 、方向控
制信号 、脱机信号和 IPM 的故障信号等输入信 号 ,这几种信号均通过光耦连接到单片机的引脚 上 。另外还有细分步数设置信号 。
在实际运行中 ,电机绕组电流为阶梯状 ,正弦 阶梯电流的每一阶与电机的每一步相对应 ,电机 每转的步数就是每一个周期正弦电流的阶梯数与 电机的磁极对数 (转子齿数 )的乘积 。典型的三 相混合式步进电机转子为 50齿 ,如果一个周期的 正弦阶梯电流阶梯数是 20,那么电机的每转步数 为 20 ×50 = 1 000 步 /转 。如果用一个 8 位数模 转换器 ,理论上可把相电流最大 256等分 ,则电机 的每转最大步数为 256 ×50 = 12 800 步 /转 。本 设计选用的是 Philip s公司的 P87LPC769单片机 , 本身自带 8 位 D /A。电路 工作 时 , 单 片机 根据 CP、方向信号和当前的细分数设置 ,从单片机存 储器中取出相应的正弦阶梯波的数字量 ,写入 DAC寄存器 ,经过 D /A 转换后输出正弦阶梯波到 电平转换电路 。
分驱动 。但是等电流法不能实现均匀细分步距 角 ,而步距角不均匀又容易引起步进电机的振荡 和失步 ;另外 ,由于电流矢量的幅值不断改变 ,输 出力矩的大小也无法保持恒定 。
为了使细分后的步距角均匀一致 ,且输出力 矩恒定 ,本设计采用了电流矢量恒幅均匀旋转的 细分驱动方法 。该方法在空间上将彼此相差 2π / m 的 m 相绕组 ,分别通以相位相差 2π /m 而幅值 相同的正弦电流 ,则合成的电流矢量 (或磁场矢 量 )便在空间作旋转运动 ,且幅值保持不变 。这 样每当辐角矢量 α的值发生变化时 ,合成的矢量 都转过一个相应的角度 ,且幅值大小保持不变 ,从 而实现恒力矩 、均匀步距角的细分驱动 。 1. 2 控制环节设计方案
单片机pwm控制步进电机原理
单片机pwm控制步进电机原理单片机（Microcontroller）是一种集成了处理器、存储器和输入输出接口的微型计算机系统，它在现代电子技术中有着广泛的应用。
而步进电机（Stepper Motor）是一种特殊的电机，通过控制电流的方向和大小，可以使电机按照一定的步进角度进行旋转。
那么，如何利用单片机的PWM（Pulse Width Modulation）功能来控制步进电机呢？本文将从基本原理、控制方法以及相关应用方面进行介绍和分析。
我们来了解一下PWM的基本原理。
PWM是一种用脉冲信号来模拟模拟量的技术，通过改变脉冲信号的占空比（High电平的时间占整个周期的比例），可以实现对电压、电流等模拟量的精确控制。
在单片机中，PWM信号一般通过定时器/计数器模块来生成，通过改变定时器的计数值和比较值，可以控制PWM信号的频率和占空比。
接下来，我们介绍如何利用单片机的PWM功能来控制步进电机。
步进电机一般需要控制电流的方向和大小，以实现旋转。
通过控制步进电机的控制信号，我们可以实现电机的正转、反转、停止等动作。
而单片机的PWM功能可以通过改变输出的脉冲信号的频率和占空比，来控制步进电机的转速和转向。
在具体的控制步骤中，首先需要通过单片机的IO口来控制步进电机的驱动器。
驱动器一般包括多个MOS管和电流检测电阻，通过控制MOS管的导通和断开，可以实现电机的正转和反转。
而电流检测电阻可以用于检测步进电机的电流，以保护电机不被过载。
我们需要配置单片机的定时器/计数器模块，来生成PWM信号。
定时器/计数器模块一般有多个通道，每个通道可以独立生成一个PWM信号。
通过改变定时器的计数值和比较值，可以调整PWM 信号的频率和占空比。
需要注意的是，步进电机的驱动器一般有两个输入端口，一个用于控制正转，一个用于控制反转。
因此，我们需要至少两个PWM信号来控制步进电机的转向。
我们需要在单片机的程序中编写相应的控制算法。
通过改变PWM 信号的频率和占空比，可以实现步进电机的转速和转向控制。
基于单片机的步进电机细分驱动系统设计
108科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N 动力与电气工程步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机,它是基于最基本的电磁感应作用,将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、机器人、计算机外围设备、卫星天线定位系统等。
随着经济的发展,技术的进步和电子技术的发展,步进电机的应用领域更加广阔,同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。
1 步进电机概述步进电机是一种将电脉冲转变为角位移(或线位移)的机电元件。
根据其内部构造可以分成三大类:反应式(VR型)、永磁式(PM 型)和混合式(HB型)。
混合式步进电动机吸取了永磁式和反应式的优点,转子由磁化的磁铁制成,磁极做成复极的形式,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,它的精确度高、转矩大、步进角度小,在高分辨率的开环定位系统和低速开环调速系统中占有着不可替代的地位。
步进电机还具有以下优点。
(1)动态响应快、易于启动与停止、具有锁定转矩。
(2)一般步进电机的精度为步进角的3%～5%,步距值不受各种干扰因素的影响。
(3)位移与输入脉冲信号相对应,步距误差不长期积累,有良好的跟随性。
(4)可利用数字信号控制步进电机直接用于开环控制。
(5)控制性能好,停止时有自锁能力。
基于以上优点,步进电机在工业领域得到广泛应用,具有较高的使用价值。
2 步进电机选型及保护电路设计在本系统设计中,步进电机采用两相混合式步进电机,驱动二维随动装置的水平、俯仰运动。
步进电机型号是42BYGH414。
步进电机控制本系统转台的运动范围,其俯仰方向的运动范围是-10°～+45°。
如果转向超过了此范围,将会对转台产生一定的损伤,本文通过设计转台转向保护电路来避免此情况的发生。
转台转向保护电路采取的是一种接触式开关电路。
基于单片机的步进电机细分驱动系统设计
图 2 步进电机细分驱动原理
同时获得电流，如果不考虑铁心饱和对电机性能的 的干扰，这里可以利用叠加原理进行估算，此时的 电磁转矩计算公式如式（5）所示：
TC = k
A1 A φM ia sin θ e + k 1 φM ia cos θ e A0 A0
（5）
式中：A 0 ——铁心中 2 个极齿层的平均磁导分量； A1 ——步进电机上齿层磁导基波分量的最大 值； θe ——步进电机定转子齿中心线夹角的电角 度； φ M ——磁钢磁通； i a 和 i b ——分别是相邻两相电流大小； k ——常量系数。 如果要让电机转子运行到某一个固定位置，稳 定停住并且不发生振动，必须满足 Te =0，也可以 写为如公式（6）所示：
方 案 中 的 脉 冲 分 配 器 选 用 IXM160 高 性 能 CMOS 集成电路，它具有两路独立的脉冲输出，通 常被用来驱动两路独立的 H 桥，以实现对电流进行 精确的闭环控制。所以，IXM160 非常适合用来做 步进电机控制分散电路，借助该芯片对电流的高精 度控制，驱动器可以实现 200 细分，即发送 200 个 脉冲步进电机走一个步距角。数模转换模块 D/A 选 取具有高达 12 位的高精度 AD657 模块，它的数模 转换非常迅速，只需要 2μs 便可完成。 功率开关 管选择 APT 公司的 APT34GE121BR 器件。选用日 本信浓公司生产的 SST43 D2165 型步进电机，这款 电机的工作频率范围很大，推荐工作在 1.5A 的电流 下。测速编码器采用专门定制的编码器，具有 20 位 的高精度。通过这种设计方案，不仅大幅提高了步 进电机的运动精度，还使低速状体下的谐振与纹波 大大减小，改善了电机的性能。
图 4 步进电机驱动器硬件方案
单片机控制步进电机细分驱动的实现研究
科技资讯科技资讯S I N &T NOL OGY INF ORM TION2008NO.06SCI EN CE &TECHNOLOGY I NFORMATI ON工程技术步进电机细分驱动技术是单片机对步进电机的控制技术中的重要组成部分。
根据末级功放管的工作状态可分为放大型和开关型两种。
放大型步进电机细分驱动电路中末级功放管的输出电流直接受单片机输出的电压控制,电路较简单,电流的控制精度也较高。
但是功放管上的功耗较大,发热严重,容易引起晶体管的温漂,影响驱动电路的性能。
甚至还可能由于晶体管的热击穿,使电路不能正常工作。
因此该驱动电路一般应用于驱动电流较小、控制精度较高、散热情况较好的场合。
1步进电机细分驱动原理1.1细分驱动普通二相/四相步进电机通常采用1-2相通电的半步或者全步驱动模式,这样的驱动方式存在一些缺陷。
比较突出的是步距角较大,在较低频率工作时容易产生电机震荡。
而在一些坚电机平稳性要求较高的场合,上述缺陷制约了二相/四相步进电机的应用,取而代之的是步距角罗小,电机制造难度和成本都成倍提高的五相步进电机。
而通过采用细分驱动,可以在某种程度上解决上述问题。
由于细分驱动是将原来一步走完的步距角分成若干步完成,相当于减小了步距角,因而提高了定位精和分辨率。
步进电机转动每一步进由过冲带来的震荡也减小,从而改善了电机抖动。
对于二相混合式步进电机,A ,B 两个绕组的通电状态每经过一个循环,步进电机的转子转过一个转子齿距角θb ,而通电状态数m 通常在全步模式时为4或者半步模式为8,对应的步距角为,θb ＝360°/mZ r 。
其中Z r 为转子齿数,通常为50,代入上式可得,二相混合式步进电机的步距角一般为1.8°或者0.9°,当通电状态数增加到32时,步进电机的步距角将减小为0.225°。
1.2功率驱动与快速性为了在绕组内得到希望的电流,通常采用两种功率驱动方式,即恒压驱动和恒流驱动。
控制步进电机实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解步进电机的工作原理及控制方法。
2. 掌握单片机与步进电机驱动模块的接口连接方法。
3. 学习使用C语言编写程序，实现对步进电机的正反转、转速和定位控制。
4. 通过实验，加深对单片机控制系统的理解。
二、实验原理步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机，其特点是控制精度高、响应速度快、定位准确。
步进电机控制实验主要涉及以下几个方面：1. 步进电机驱动模块：常用的驱动模块有ULN2003、A4988等，它们可以将单片机的数字信号转换为步进电机的控制信号。
2. 单片机：单片机是整个控制系统的核心，负责接收按键输入、处理数据、控制步进电机驱动模块等。
3. 步进电机：步进电机分为单相、双相和三相等类型，本实验使用的是双相四线步进电机。
三、实验设备1. 单片机开发板：例如STC89C52、STM32等。
2. 步进电机驱动模块：例如ULN2003、A4988等。
3. 双相四线步进电机。
4. 按键。
5. 数码管。
6. 电阻、电容等元件。
7. 电源。
四、实验步骤1. 硬件连接（1）将步进电机驱动模块的输入端（IN1、IN2、IN3、IN4）分别连接到单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口。
（2）将按键的输入端连接到单片机的P3.0口。
（3）将数码管的段选端连接到单片机的P2口。
（4）将步进电机驱动模块的电源端连接到电源。
（5）将步进电机连接到驱动模块的输出端。
2. 编写程序（1）初始化单片机I/O端口，设置P1口为输出端口，P3.0口为输入端口，P2口为输出端口。
（2）编写按键扫描函数，用于读取按键状态。
（3）编写步进电机控制函数，实现正反转、转速和定位控制。
（4）编写主函数，实现以下功能：a. 初始化数码管显示；b. 读取按键状态；c. 根据按键状态调用步进电机控制函数；d. 更新数码管显示。
3. 调试程序（1）将程序烧写到单片机中；（2）打开电源，观察数码管显示和步进电机运行状态；（3）根据需要调整程序，实现不同的控制效果。
步进电机细分控制的单片机实现
步进电机细分控制的单片机实现郑宇【摘要】步进电机是机电一体化执行元件的重要产品之一，由于其易于精确控制的良好性能而受到广泛的应用。
根据步进电机细分控制的原理，提出了由D／A转换模块配合单片机控制来实现细分控制的方法，为提高步进电机的控制精度提供了一种可行的参考方案。
%Stepmotor is the integration of mechanical and electrical actuator is one of the important products, because of its easy and accurate control of good performance and has been widely applied. According to the stepmotor microstepping dmos control principle, put forward by D / A conversion module with single-chip computer control to achieve the microstepping dmos control method, in order to improve the control accuracy of the stepmotor to provide a feasible reference plan.【期刊名称】《贵州师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(030)002【总页数】4页(P106-109)【关键词】步进电机;细分控制;单片机【作者】郑宇【作者单位】贵州师范大学机械与电气工程学院,贵州贵阳550014【正文语种】中文【中图分类】TM301.2步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一。
步进电机和普通电动机的不同之处在于它是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构。
由于步进电机每个控制脉冲所运转的角度都是固定的，结合传动轮半径就能计算实现距离的控制，所以步进电机不仅用作角位移的控制，同样也常用于需要精确控制运行距离的场合。
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。
单片机课程设计单片机控制步进电机
单片机课程设计单片机控制步进电机单片机课程设计：单片机控制步进电机单片机（Microcontroller）是一种集成了中央处理器、存储器和输入/输出接口的微型计算机。
而步进电机（Stepper Motor）是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的电磁设备。
在单片机课程设计中，控制步进电机是一项常见的任务。
本文将介绍如何使用单片机来控制步进电机，并展示一个基于单片机的课程设计实例。
一、步进电机的原理及特点步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械位移的设备，其主要特点包括精密定位、易控制、低成本、没有超额负荷等。
步进电机通常由定子和转子组成，定子上的绕组通电产生磁场，而通过改变绕组通电的顺序和时序，可以实现步进电机的运动控制。
二、单片机控制步进电机的原理为了实现对步进电机的控制，我们需要使用单片机来产生相应的控制信号。
步进电机通常由一个驱动器和若干相继续组成。
单片机通过发出适当的信号给驱动器，进而控制电机的运动。
具体而言，单片机需要控制步进电机的相序、步数和速度。
1. 步进电机的相序控制步进电机的相序控制是通过依次激活不同相继的绕组，实现转子的转动。
单片机通过输出对应的高低电平信号给驱动器，从而控制绕组的激活顺序。
常见的步进电机驱动方式包括全步进和半步进。
2. 步进电机的步数控制步进电机的步数控制是通过控制单片机输出的脉冲数，来实现电机的旋转角度。
根据电机的分辨率和精度需求，我们可以设定单片机输出的脉冲数，从而控制电机的步进角度。
3. 步进电机的速度控制步进电机的速度控制是通过调节单片机输出脉冲信号的频率来实现的。
频率越高，电机转动的速度越快；频率越低，则电机转动的速度越慢。
单片机可以通过定时器等方式产生相应的脉冲频率来控制步进电机的转速。
三、基于单片机的步进电机控制课程设计实例下面将展示一个基于单片机的步进电机控制课程设计实例，该设计基于C语言编程，使用Keil软件进行开发。
设计要求：设计一个步进电机控制系统，使步进电机以设定的转速顺时针旋转一定圈数，并能逆时针旋转一定圈数。
基于单片机的步进电机细分驱动控制系统
第24卷第7期2007年7月机 电 工 程MECHAN I C AL &E LECTR I CAL E NGI N EER I N G MAG AZI N EVol .24No .7Jul .2007收稿日期:2007-02-05基金项目:河南工业大学科研基金资助项目(170179)作者简介:李智强(1976-),男,山东平度人,主要从事自动控制方面的研究。
基于单片机的步进电机细分驱动控制系统3李智强,周 杰,任胜杰(河南工业大学电气工程学院,河南郑州450007)摘 要:为了使步进电机的定位更为准确,以高速、高性能C8051F005单片机为核心,结合步进电机驱动芯片L297/298,设计出步进电机的斩波恒流细分驱动控制系统。
实际运行表明,步进电机运行稳定,具有步距角小、转矩恒定、功耗低等优点,提高了定位准确度,达到精密控制的目的。
关键词:混合式步进电机;C8051F005;细分驱动;L297/298中图分类号:TP368.1;T M383.6 文献标识码:A 文章编号:1001-4551(2007)07-0067-03Con trol syste m of f i n e dr i ve for step m otor ba sed on SC ML I Zhi 2qiang,ZHOU J ie,RE N Sheng 2jie(College of Electrical Engineering,Henan U niversity of Technology,Zhengzhou 450007,China )Abstract:For the higher p recessi on of step mot or,with high s peed and perf or mance m icr op r ocess or C8051F005as the ker 2nel,combining with blending step mot or driving chi p L297/298,the driving contr ol syste m of step mot or of s witch 2mode and constant currentwas designed .The experi m ent shows that the contr ol syste m runs stably with the merit of little stepp ing angle unvaried t orque and l ow power consu mp ti on and has the higher p recisi on in the running of step mot or .Key words:blending step mot or;C8051F005;fine driving;L297/2980 前 言步进电机作为数字式执行元件,相当于一个将电脉信号转换成角位移的机电式数/模转换器,步进电机具有结构简单,成本低,易于控制,无累计误差和计算机接口方便等优点,被广泛应用于各种自动化控制系统中,但传统的驱动电路存在许多不足之处,如低频振荡、易发热等缺点、噪声大、步距角较大、分辨率低等,往往满足不了工业上的精确定位和大扭矩控制[1,2]。
步进电机的细分
步进电机的细分步进电机是一种将离散的电脉冲信号转化成相应的角位移或线位移的电磁机械装置,它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，已经在当今工业上得到广泛的应用，但其步矩角较大，一般为1.5o~3o，往往满足不了某些高精密定位、精密加工等方面的要求。
实现细分驱动是减小步距角、提高步进分辨率、增加电机运行平稳性的一种行之有效的方法。
本文在选择了合理的电流波形的基础上，提出了基于Intel 80C196MC 单片机控制的步进电机恒转矩细分驱动方案，其运行功耗小，可靠性高，通用性好，具有很强的实用性。
细分电流波形的选择及量化步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机的励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电机步距角的细分。
一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小。
因此，要想实现对步进电机的恒转矩均匀细分控制，必须合理控制电机绕组中的电流，使步进电机内部合成磁场的幅值恒定，而且每个进给脉冲所引起的合成磁场的角度变化也要均匀。
我们知道在空间彼此相差2p/m的m相绕组，分别通以相位上相差2p/m而幅值相同的正弦电流，合成的电流矢量便在空间作旋转运动，且幅值保持不变。
这—点对于反应式步进电机来说比较困难，因为反应式步进电机的旋转磁场只与绕组电流的绝对值有关，而与电流的正反流向无关。
以比较经济合理的方式对三相反应式步进电机实现步距角的任意细分，绕组电流波形宜采用如图1所示的形式。
图中，a为电机转子偏离参考点的角度。
ib滞后于ia，ic超前于ia。
此时，合成电流矢量在所有区间b＝Ime-ja，从而保证合成磁场幅值恒定，实现电机的恒转矩运行。
且步进电机在这种情况下也最为平稳。
将绕组电流根据细分倍数均匀量化后，所得细分步距角也是均匀的。
为了进一步得到更加均匀的细分步距角，可通过实验测取一组在通入量化电流波形时的步进电机细分步距的数据，然后对其误差进行差值补偿，求得实际的补偿电流曲线。
基于单片机和CPLD的步进电机细分驱动系统
万方数据
图５ ＶＨＤＬ顶层原理结构图
ＶＨＤＬ顶层结构见图５，主要包括： （１）３个计数模块ＣＮＴＲ，该计数模块能实现升、降计 数以及保持为０、保持为“２５６”４种状态，具体处于什么状 态有相应控制向量Ｍ（Ｍｏ，Ｍ１）的４个不同取值来控制，并
８ｌ
且该计数器的计数权值受到向量Ｓ（Ｓ。，Ｓ。，Ｓｏ）的限制。 （２）ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ和ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ—Ｖ是两个
状态机，分别用来控制电机正、反转时计数器的工作状态 转换（即控制每个计数器的Ｍ值），正转时ＣＯＮＴＲＯＬ— ＬＥＲ的输出被送至ＣＮＴＲ，反转时ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ Ｖ的 输出被送到ＣＮＴＲ。ＣＬＷ—ＣＣＬＷ＝“１”使能ＣＯＮＴＲＯＬ ＬＥＲ，为“０”使能ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ—Ｖ。
‘ＰＲＥＳＥＴ
·ｃＬＷ ＣＣＩ－Ｗ
由上式可见，６拍运行的步距角是３拍运行的１／２，从
而实现了２细分。但这种靠通电组合实现的细分数非常
有限，因为各相的电流都是开关量。为了获得更小的步距
角，更均匀的磁场通常要更多的细分数。而要达到更大的
细分数必须使各相通以阶梯电流量，如图１所示的三相６
拍４，细分。［二二ｓ［！二，， ＢＣ‘▲ ｏ ：，Ｉ［ｌ［！！二二二二二］ 二］。¨
衰１ ＳＯ～Ｓ２及对应的细分数
Ｓ２
Ｓ１
Ｓ０
细分数
０
０
Ｏ
Ｏ
１
獬ｍ铋驼Ｍ
１
８
１
４
１
２
转速要求，细分数要求或当前细分数 Ｊ
步进脉冲频率 ＋
求出脉冲周期ｒ 士
计算定时器ｆ初值，设置计数器 ＋
启动计时器 Ｉ
调用中断程序产生所需脉冲方波
图４ 细分数不变的调速
４．２ ＣＰＬＤ的硬件描述语言程序结构 本系统采用ＡＬＴＥＲＡ公司的ＣＰＬＤ芯片
单片机实现步进电机软件细分驱动的精简设计
承内孔的检测是用 ! 垂 * . //900 重 #-: 的塞规通入内孔， 直缓慢落下， 这就意味着含油轴承内孔尺寸要在 * . //;00< 按一般加工方法， * . //=00 之间， ! 4 值几乎为零。后来采 用了先进的加工方法 （专利） ， 内孔尺寸很容易达到要求， “特级” 。 ! 4 值超过 （9）环境 环境包括气候条件和场地卫生 （包括净化） 等。前面举例的机壳指纹锈斑也是与环境条件有牵连的。 因为天热， 气温偏高， 操作者易出手汗。所以补救措施除 戴乳胶手套外， 还进一步降低空调温度， 使操作者不出手 汗。
图( 精简设计驱动电路原理图
步进电机的恒流斩波软件细分驱动是利用恒流斩波细分 驱动原理， 以单片机、 比较器、 电流传感电阻和 1 . / 0 转换器、 桥驱动器件构成驱动电路， 以软件控制 . / 0 转换器的输出来控 制电机的运动。这种驱动方法具有效率高、 能耗低、 发热量小、 电机运转平稳等优点。 在各方面都做了改进 23&#+4&+- 是一种改进型 #+ 单片机， 和功能增强。由于原有的许多外围电路被集成到了片内， 使电 路设计大大精简。也就是说， 一片 !- 脚的单片机加上一个 1 桥驱动芯片和少量外围器件就可以构成一个精简步进电机细 分驱动电路。
言
# 问题与解决
# ’ ( 速度控制方式与步进控制方式的实现 在速度控制方式下单片机接收速度信号 （数字或模拟信 号） ， 然后根据所需速度产生细分步进操作， 而在步进控制方式 下则需根据外部脉冲产生细分步进操作。如何将两者有机结 合， 而不用做两套处理程序呢？本文利用了 ?- 定时器来实现 每 该功能： 在速度控制方式下， ?- 工作于自动重装的定时模式， 次定时器溢出进入中断， 步进操作在中断中处理， 调速仅需调 节 ?- 的溢出率即可； 在步进控制发送下， ?- 工作于捕捉方式， 每次外部脉冲触发一次捕捉并进入中断， 进行步进操作处理， 这样步进操作就统一到 ?- 的中断处理函数中了。 # ’ - 变细分与正反转的实现 首先根据最大的细分驱动电流波形建立一个驱动电流数 值表， 该表实际上是一个正弦数值周期表， 根据我们的实际需 要， 只要半个周期即可， 另半个周期仅是极性不同罢了。本设 计中采用了 +-3 细分， 因此制作了一个由 -#* 个 +- 位数据构成 的数值表。针对该数值表建立两个索引值， 其初始值分别为 & 和 +-3， 以确保 0、 @ 两相的驱动电流始终处于正交状态。每个 索引值由一个双字节变量构成， 其中低字节 （& = " 位） 直接用于 查表， 高字节的最低位 （第 3 位） 用作极性标志， 余下 " 位无用。 这样每次进行步进计算时， 索引值只需按照步进增量进行递 增， 然后按照对应位置取数即可， 溢出后自动回零， 不需要进行 其它处理， 节省计算、 节省时间。在建立的细分驱动电流数值 表的基础上， 每次将索引值递增 +， 然后根据新的索引值获取电 流值和极性标志， 并从 .02 和 5 / 6 回输出， 即可实现一个微步 步进。在该表的基础上， 将索引值的增量变为 -， 则细分数就减 半， 增量再加倍则细分再减半， 如此即可实现细分软件调整。 实现反转也很简单， 只需将索引值增量变为负值即可。这 样实现的反转不但简单， 而且效果非常好， 产生的电流冲击和
基于单片机PWM功能的步进电动机细分设计
图 1 控制器示意图
可见 , 硬件控制电路中没有数模转换及细分驱 动芯片 ,节约了成本 。
功 能 的 步 进 电 动 机 细 分 设 计
2 工作原理及控制策略
软件实现步进电动机细分驱动的工作原理是通 过控制步进电动机各相绕组的电流 , 使其在零到最 大值之间有多个稳定的中间状态 , 从而使相应的磁 场矢量方向和幅值都有一系列稳定的中间状态 , 使 得电机中的转矩产生一系列与磁场矢量方向对应的 中间态 。据此 ,通过单片机控制各相绕组电流可实 现转矩方向的离散变化 ,从而实现步距角的细分 。 按上述分析 , 为使线圈中合成电流近似按正弦
D esign of Stepper Subd iv ision Ba sed on PMW Function of M icrocon troller
J IN G L i - qun , L I Yong , J I X ue - w u
1 2 1
( 1. Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. B eihang University, Beijing 100083, China )
D
设计分析
esign and ana lysis
2008 年第 8 期 来自基于单片机 PWM 功能的步进电动机细分设计
景立群 ,李 勇 ,季学武
1 2 1
(1. 清华大学 ,北京 100084; 2. 北京航空航天大学 ,北京 100083)
0引 言
目前 , 常用计算机数字处理技术和数模转换技 术 ,对步进电动机各相绕组电流进行脉宽调制 ( PWM )控制 ,获得按一定规律改变其幅值和方向的 绕组电流 ,将步进电动机一个整步均分为若干个更 细的微步 ,这种细分方法已经较成熟 ,但是硬件电路 一般较复杂 。实践中发现 , 可利用单片机的 PWM 功能产生变占空比信号 ,实现步进电动机细分控制 , 这种办法可以实现较准确的位置控制 , 省去了传统 细分电路中的数模转换模块以及电流检测控制模 块 ,只是在程序算法上比较复杂 ,需要做较多的调试 工作 。 本文基于设计一个简单的步进电动机控制器 , 首先分析了步进电动机的细分原理 , 然后将步进电 动机的绕组线圈等效为串联的电感和电阻 , 通过暂 态效应分析 ,得出线圈上作用的一定占空比的电压 信号与电机线圈中电流的关系 。利用这个关系 , 对 电机线圈加以一定占空比的信号 , 使步进电动机的 线圈电流矢量产生一定顺序的微转动 , 实现步进电 动机的细分 。最后通过制作简易试验装置验证细分 的效果 ,结果表明步距角误差在可接受的范围内 。
基于ARM单片机的步进电机细分驱动设计.
科技论坛基于 ARM 单片机的步进电机细分驱动设计陈炳衡郭云龙胡清(哈尔滨理工大学电气与电子工程学院, 黑龙江哈尔滨 1500801概述步进电机作为执行元件, 能够将脉冲信号转化为角位移或线位移。
在开环状态下就能实现精确的位移控制,由于步进电机具有结构简单, 不存在控制参数设计及调试的问题, 不存在稳定性问题的特点, 在自动控制系统中得到了极为广泛的应用。
2步进电机的细分原理步进电机的细分就是利用当电机两项绕组通以相同的电流时, 电机转子会停在一个中间的位置, 而如果两相绕组电流不等, 转子位置将朝电流大的定子极方向偏移的现象, 使电机实现微步距工作方式:将两相绕组中的电流分别按正弦和余弦的轮廓呈阶梯式变化, 则每个整步距就分成了若干微步距, 因为步距小, 电机运行将更平稳。
图 1所示的是步进电机的细分原理图。
当 A 相导通时, 转子齿与 A 相对齐, 若以此为初状态, 则 B 相导通时,定子磁场旋转 90度, 吸引转子转过 1/4齿距; 依次为 A 相、 B 相、 A 相通电, 每切换一次, 定子磁场旋转 90度, 各吸引转子旋转 1/4齿距, 4步一个循环后共转过一个步距角。
如果步进电机的转子齿数为 , 那么一个齿距为 , 步距角为 (为电机运行拍数 200步后转子旋转一周。
如果在 A 、 B 两相之间插入合成向量 AB , 就实现了 2步细分。
要实现 4细分只需在 A 、 B 两相之间插入 3个向量即可。
为保证电机运行平稳、转矩不变, 电流矢量模应保持不变, 即电流矢量的终点应在矢量圆上:当插入第一步时, 如图 1中“ 1” 位置, , ; 其中 , 当插入第二步时, 如图 1中“ 2” 位置, , 。
依此类推, 当插入第 n 步时, , 。
由于多个向量的插入导致两相绕组电流不等, 转子位置将朝电流大的定子极方向偏移。
利用这个现象我们可使电机在微步距方式下工作, 将两相绕组中的电流分别按正弦和余弦的轮廓呈阶梯式变化。
基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现
基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现一、引言步进电机是一种特殊的电动机，它以步进方式运行，每次接收到一个脉冲信号时，电机转动一个固定的角度，因此步进电机广泛应用于各种自动化设备和机械领域。
而为了使步进电机能够准确控制，需要设计一个稳定可靠的步进电机控制系统。
本文基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现，主要是通过编程控制单片机来实现步进电机的精确运行控制。
二、步进电机原理简介步进电机是一种由定子线圈和转子磁极组成的电机，通过电流的变化来产生力矩，驱动转子旋转。
在步进电机内部，转子旋转的步长是固定的，通常为1.8°，也就是每接收到一个脉冲信号，电机转动一个步长。
因此，通过控制脉冲信号的频率和次数，可以实现步进电机的准确旋转。
三、步进电机控制系统设计1. 硬件设计步进电机控制系统的硬件设计主要包括步进电机驱动电路和单片机控制电路。
（1）步进电机驱动电路设计：步进电机驱动电路常用的是双H桥驱动电路，这种电路可以控制电机的正转和反转以及停止。
具体设计时，需要选用合适的双H桥驱动芯片，并根据步进电机的电压和电流要求，设置电流补偿电阻。
通过电流补偿电阻的调整，可以使步进电机实际工作电流与设定电流一致，保证电机的正常运行。
（2）单片机控制电路设计：选用适合的单片机，如常用的51系列单片机。
单片机需要通过编程控制脉冲信号的频率和次数，从而实现对步进电机的控制。
因此，需要设计适应的时钟电路、控制信号输出电路以及电源电路。
同时，还需要将单片机与步进电机的驱动电路进行连接，实现单片机对电机的控制。
2. 软件设计步进电机控制系统的软件设计主要包括单片机的程序设计和脉冲信号的生成设计。
（1）单片机程序设计：首先，需要初始化配置单片机，包括时钟设置、IO口功能配置等。
然后，通过编写相应的代码，实现对步进电机控制信号的生成和输出。
这需要根据电机的旋转方向和步数要求，编写相应的控制程序，控制脉冲信号的输出频率和次数。
基于单片机的步进电机控制系统研究
基于单片机的步进电机控制系统研究一、本文概述随着现代工业技术的快速发展，步进电机作为一种重要的执行元件，在精密控制、自动化设备、机器人技术等领域得到了广泛应用。
步进电机控制系统是实现其精确、高效运行的关键，而单片机作为一种集成度高、功能强大、成本较低的微控制器，在步进电机控制系统中发挥着重要作用。
本文旨在研究基于单片机的步进电机控制系统，分析其设计原理、实现方法以及性能优化，为步进电机控制系统的实际应用提供理论支持和技术指导。
本文首先介绍了步进电机的工作原理和特性，以及单片机在步进电机控制中的应用优势。
接着，详细阐述了基于单片机的步进电机控制系统的总体设计方案，包括硬件电路设计和软件编程实现。
在硬件电路设计方面，重点介绍了单片机选型、驱动电路设计、电源电路设计以及接口电路设计等内容；在软件编程实现方面，主要讨论了步进电机的控制算法、运动轨迹规划以及通信协议设计等关键技术。
本文还对基于单片机的步进电机控制系统的性能进行了深入分析和优化。
通过实验研究，对比了不同控制算法对步进电机运动性能的影响，探讨了提高系统精度和稳定性的有效方法。
针对实际应用中可能出现的干扰和故障，提出了相应的抗干扰措施和故障诊断方法。
本文总结了基于单片机的步进电机控制系统的研究成果，并展望了未来的发展方向。
通过本文的研究，不仅有助于加深对步进电机控制系统原理和实现方法的理解，也为步进电机控制系统的优化设计和实际应用提供了有益的参考和借鉴。
二、步进电机及其控制原理步进电机是一种特殊的电机类型，其设计允许它在离散的角度位置上精确地旋转。
与传统的交流或直流电机不同，步进电机不需要复杂的控制系统来实现精确的位置控制。
它通过一系列离散的步进动作，即“步进”，从一个位置移动到另一个位置。
每个步进的角度通常是固定的，这取决于电机的设计和构造。
步进电机通常由一组电磁线圈构成，每组线圈都与电机的一个或多个极相对应。
当电流通过线圈时，它会产生一个磁场，这个磁场与电机内的永磁体相互作用，导致电机轴的旋转。