基于单片机的步进电机控制毕业设计论文

基于单片机的步进电机控制

江宁校区08机电二姓名周峰

指导教师丁红

【摘要】当今社会发展的脚步愈变愈快，科学技术也是日新月异。同时，对于生活工作要求简单化、智能化、系统化。对于各个领域的应用设备要操作简单，功能齐全应用自如等等苛刻的要求。在众多条件的促使下，引入了步进电机，而且使之被系统化操作。现今已有如步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控AT89C51 和脉冲分配器PMM8713 完成步进电机的各种运行控制。

整个系统采用模块化设计，结构简单，可靠，通过人机交互换接口能设置，操作简单，易于掌握。该系统可应用于步进电机在机电一体多数场合。

更多的实践证明，基于单片机控制的步进电机比传统的步进控制器具有更加简单、方便、可靠。本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最器件——步进电机。

【关键词】步进电机，单片机，正反转控制，加减速控制，XY工作台

目录

第一章绪论 (3)

1.1 步进电机的发展 (3)

1.2 本文研究内容............. ............. ............. (3)

第二章步进电机的工作原理、分类、特性及指标 (3)

2.1反应式步进电机原理 (4)

2.2感应子式步进电机特点： (4)

2.3分类 (5)

第三章步进电机的驱动............. ............. .. (5)

3.1 脉冲信号的产生 (5)

3.2 信号分配 (5)

3.3 功率放大 (5)

3.4 细分驱动器 (6)

第四章步进电机的单片机控制 (7)

4.1 步进电机控制系统组成 (7)

4.2 步进电机控制系统原理 (7)

4.3 脉冲分配 (7)

4.4 步进电机与微型机的接口电路 (9)

第五章步进电机的运行控制............. ............. (10)

5.1 步进电机的速度控制 (10)

5.2 步进电机的位置控制 (10)

5.3 步进电机的加减速控制 (10)

第六章步进电机的XY工作台............. ............. .. (12)

6.1 设计目标 (12)

6.2 X、Y工作台的传动方式 (12)

6.3 程序框图 (13)

6.4 汇编程序 (14)

设计总结............ ............. ............. (16)

参考文献............. ............. ............. .. (17)

第一章绪论

1.1 步进电机的发展

步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。 1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到 20 世纪 60 年代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生。步进电机往后经过不断改良，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。

图1.1 步进电机的外观图

1.2 本文研究内容

本设计主要是研究基于单片机的步进电机控制，采用单片机AT89C51和脉冲分配器PMM8713 控制步进电机在三相六拍工作方式下的启停控制，正反转控制和加减速控制，以实现基于步进电机的XY工作台两点间的位移控制。

第二章步进电机的工作原理、分类、特性及指标

2.1反应式步进电机原理

2.1.1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、1/3T、2/3T,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以T表示），即A 与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3T，C与齿3向右错开2/3T，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：

图2.1 定转子的展开图

2.1.2、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）。

如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3L，此时齿3与C偏移为1/3T，齿4与A偏移（T-1/3T）=2/3T。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3T，此时齿4与A偏移为1/3T对齐。

如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3T，样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3T,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。

由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3T改变为1/6T。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3T变为1/12T，1/24T，这就是电机细分驱动的基本理论依据。

不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移

1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。

2.1.3力矩：

电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力

F与（dФ/dθ）成正比

S

图2.2转子与定子错开角度图