步进电机控制系统课程设计

步进电机控制系统课程设计

一、 3

1. 系统设计摘要 (3)

2. 系统设计概要 (3)

（1）设计目的 (3)

（2）设计内容 (3)

（3）工作原理 (3)

I.步进电机工作原理

II.设计工作原理

二、 (5)

1总体设计.......................................... 5 2．系统控制电路 (5)

三、.......................................... 8 1总体设计.......................................... 8 （1）设计思想.......................................... 8 （2）系统总体流程图.................................... 9 2关键模块设计. (10)

1开关控制流程图.................................... 10 2通电方式流程图 (11)

(12)

(13)

(16)

1.

步进电动机是机电数字控制系统中常用的控制元件之一。由于其精

度高，体积小，控制方便灵活，因此在智能仪表和位置中得到了广泛应

用。如在绘图机，打印机及光学仪器中，都采用了步进电机。

步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲

转化为角位移，通俗地说：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）。通过控制

脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控

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

进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机,其步

距角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比例;它

易于实现与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。本设计

通过一种设计方案，包括硬件的介绍和组建、硬件原理图和软件流程图

的设计、源程序的编写等，介绍一种基于单片机的步进电机运行控制系

统。

2.

a. 了解步进电机的基本结构和工作原理；

b. 了解步进电机的的基本控制原理；

c. 掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法；

d. 熟悉步进电机驱动程序的设计与调试并使用仿真软件进行调试；

e. 掌握控制步进电机的步数、转向、启停等功能的程序设计方法；

f . 提高单片机应用系统设计和调试水平。

设计一个单片机控制三相步进电机控制系统，系统具有如下功能：

a. 电机启停由K3键控制，方向控制由K4控制；

b. 通电方式选择由K0-K2键决定，K0为单三拍，K1为双三拍，

K2为三相六拍；

c. 电机停止转时的状态，由绿色指示灯亮；正转时红色指示灯亮，

反转时黄色指示灯亮，

d. 电机的步数不是给定的，需要用K5-K11作为步数的给定值。

e. 电机转动过程中要显示剩余工作步数，采用3位LED数码管。

Windows XP 环境， Office2007环境，

Proteus仿真设计软件工具，3000TC仿真实验仪平台。

I . 步进电机工作原理

步进电机实际上是一个数字/角度转换器，也是一个串行的数/模转换器。步进电机的结构与步进电机所含的相数有关。三相发电

机主要是三相交流同步发电机。其转子通常为直流励磁线圈产生的

电磁铁，为发电机工作提供磁场。定子是在空间互差120度电角度的三相交流绕组。

步进电机是一种将电脉冲转换成相应角位移的控制电动机。步进

电机的控制装置由脉冲发生器、环形分配器和功率放大器组成，只要

将脉冲依次送到步进电机的每一相，它便沿着方向控制线信号所确定

的方向走一步。根据步距角的大小及实际走的步数，只要知道初始位

置，便可知道步进电机的最终位置。

本设计以三相步进电机为例，三相步进电机有3种工作方式：

a.单三拍，通电顺序为： A B C

b.双三拍，通电顺序为： AB BC CA

c.三相六拍，通电顺序： A AB B BC C CA

对于方向控制，例如三相六拍，如果是A?AB?B?BC?C?CA

这样的顺序，那么电机是正转；如果是A?AC?C?B?B?BA这样的顺

序，那么电机是反转。（如图1）通电时序图：

图1 三相通电时序图

另外通过控制脉冲发出的频率，就可以控制电机的转速。

II. 设计工作原理

本设计实现的工作过程如下述：

首先系统电源开启，然后检测启动开关（K3键实现），如果开

关（K3）处于启动状态，则系统开始工作，否则将等待。启动后，

系统能按照我们所控制的方式控制步进电机转动。如K0单三拍，

K1双三拍，K2三相六拍三种通电方式；运转过程中可以用方向控

制开关（K4）控制方向。整个系统工作过程，指示灯指示步进电

机工作方式（正转红灯亮，反转黄灯亮，停止绿灯亮）。系统连续

工作，过程中可以随时启动或停止，以及调节它的步数（K5-K12

实现）。在LED显示器上显示剩余的工作步数，直至给定的步数转

完为止，系统停止。

1

1本系统主要原理框图：

步外进单接驱部电片口动控8255A 机器机制 80C51 （ULN 电三路相）2系统总体电路框图：

本系统设计的所有硬件电路均用Proteus仿真系统工具实现，采用到的

主要元件有单片机80C51，接口芯片8255A，电机以及其驱动器，573锁存器，开关，指示灯（这里我采用交通灯替代），四位共阴极数码显示管，以