用PLC控制四相双四拍步进电机的电路设计

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步进电机的PLC控制系统设计方案

一、引言随着微电子技术和计算机技术的发展，可编程序控制器有了突飞猛进的发展，其功能已远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，它与计算机有效结合，可进行模拟量控制，具有远程通信功能等。

有人将其称为现代工业控制的三大支柱<即PLC，机器人，CAD/CAM）之一。

目前可编程序控制器<Programmable Controller）简称PLC已广泛应用于冶金、矿业、机械、轻工等领域，为工业自动化提供了有力的工具。

二、PLC的基本结构PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口电路等。

如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其它各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。

三、控制方法及研究1、FP1的特殊功能简介(1> 脉冲输出FP1的输出端Y7可输出脉冲，脉冲频率可通过软件编程进行调节，其输出频率范围为360Hz～5kHz。

(2> 高速计数器<HSC）FP1内部有高速计数器，可同时输入两路脉冲，最高计数频率为10kHz，计数范围-8388608～+8388607。

(3> 输入延时滤波FP1的输入端采用输入延时滤波，可防止因开关机械抖动带来的不可靠性，其延时时间可根据需要进行调节，调节范围为1ms～128ms。

(4> 中断功能FP1的中断有两种类型，一种是外部硬中断，一种是内部定时中断。

2、步进电机的速度控制FP1有一条SPD0指令，该指令配合HSC和Y7的脉冲输出功能可实现速度及位置控制。

速度控制梯形图见图1，控制方式参数见图2，脉冲输出频率设定曲线见图3。

图1 速度控制梯形图图2 控制方式参数图3 脉冲输出频率设定曲线 3、控制系统的程序运行图4 控制系统原理图图4是控制系统的原理接线图，图4中Y7输出的脉冲作为步进电机的时钟脉冲，经驱动器产生节拍脉冲，控制步进电机运转。

四相单四拍步进电机控制系统设计

本次课程设计通过键盘控制四相电动机的起动，单四拍、双四拍、四相八拍三种
工作方式及正反转的选择。并通过七段数码管显示剩余工作步数。从而达到手动控制与直观显示的结合。
本系统应用芯片8255，LED显示单元，键盘模拟控制键，四相步进电动机及其驱动电路，接线较为简单。软件编程采用的是汇编语言，程序中包括主程序，显示子程序，延时子程序。
查阅资料，确定设计方案
设计硬件电路
画出流程图，编写控制程序
撰写课程设计说明书
课程设计答辩
系主任审查意见：
签字：
年月日
步进电动机是一种将电脉冲信号转换相应的角位移的特种电动机。是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之一。步进电动机具有快速起动能力，而且精度高，在数字控制系统中可以直接接受来自计算机的数字信号，不需要进行数/模转换，所以步进电动机在定位场合得到了广泛应用。
课程设计地点:
指导教师:
系主任:
下达任务书日期:2011年12月26日
课程设计任务书
1．设计目的：
设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
（1）选择步进电机，设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。
（2）选择控制算法，编写控制程序，实现四相步进电机在单四拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。
（3）写出设计说明书。
3.设计工作任务及工作量的要求（包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等）：
（1）查阅资料，确定设计方案
系统硬件设计

51单片机控制四相步进电机电路图

51单片机控制四相步进电机接触单片机快两年了，不过只是非常业余的兴趣，实践却不多，到现在还算是个初学者吧。

这几天给自己的任务就是搞定步进电机的单片机控制。

以前曾看过有关步进电机原理和控制的资料，毕竟自己没有做过，对其具体原理还不是很清楚。

今天从淘宝网买了一个EPSON的UMX-1型步进电机，此步进电机为双极性四相，接线共有六根，外形如下图所示：拿到步进电机，根据以前看书对四相步进电机的了解，我对它进行了初步的测试，就是将5伏电源的正端接上最边上两根褐色的线，然后用5伏电源的地线分别和另外四根线（红、兰、白、橙）依次接触，发现每接触一下，步进电机便转动一个角度，来回五次，电机刚好转一圈，说明此步进电机的步进角度为360/(4×5)＝18度。

地线与四线接触的顺序相反，电机的转向也相反。

如果用单片机来控制此步进电机，则只需分别依次给四线一定时间的脉冲电流，电机便可连续转动起来。

通过改变脉冲电流的时间间隔，就可以实现对转速的控制；通过改变给四线脉冲电流的顺序，则可实现对转向的控制。

所以，设计了如下电路图：C51程序代码为：代码一#include <AT89X51.h>static unsigned int count;static unsigned int endcount;void delay();void main(void){count = 0;P1_0 = 0;P1_1 = 0;P1_2 = 0;P1_3 = 0;EA = 1; //允许CPU中断TMOD = 0x11; //设定时器0和1为16位模式1 ET0 = 1; //定时器0中断允许TH0 = 0xFC;TL0 = 0x18; //设定时每隔1ms中断一次TR0 = 1; //开始计数startrun:P1_3 = 0;P1_0 = 1;delay();P1_0 = 0;P1_1 = 1;delay();P1_1 = 0;P1_2 = 1;delay();P1_2 = 0;P1_3 = 1;delay();goto startrun;}//定时器0中断处理void timeint(void) interrupt 1{TH0=0xFC;TL0=0x18; //设定时每隔1ms中断一次count++;}void delay(){endcount=2;count=0;do{}while(count<endcount);}将上面的程序编译，用ISP下载线下载至单片机运行，步进电机便转动起来了，初步告捷！不过，上面的程序还只是实现了步进电机的初步控制，速度和方向的控制还不够灵活，另外，由于没有利用步进电机内线圈之间的“中间状态”，步进电机的步进角度为18度。

四相步进电机驱动电路及驱动程序设计

四相步进电机驱动电路及驱动程序设计我们用一个单片机控制多个步进电机指挥跳舞机器人的双肩、双肘和双脚伴着音乐做出各种协调舒缓充满感情的动作，荣获一等奖。

电路采用74373锁存，74LS244和ULN2003作电压和电流驱动，单片机（Atc52）作脉冲序列信号发生器。

程序设计基于中断服务和总线分时利用方式，实时更新各个电机的速度、方向。

整个舞蹈由运动数据所决定的一截截动作无缝连接而成。

本文主要介绍一下这个机器人的四相五线制步进电机驱动电路及程序设计.1、步进电机简介步进电机根据内部线圈个数不同分为二相制、三相制、四相制等。

本文以四相制为例介绍其内部结构。

图1为四相五线制步进电机内部结构示意图。

2、四相五线制步进电机的驱动电路电路主要由单片机工作外围电路、信号锁存和放大电路组成。

我们利用了单片机的I/O端口，通过74373锁存，由74LS244驱动，ULN2003对信号进行放大。

8个电机共用4bit I/O端口作为数据总线，向电机传送步进脉冲。

每个电机分配1bit的I/O端口用作74373锁存信号，锁存步进电机四相脉冲，经ULN2003放大到12V驱动电机运转。

电路原理图（部分）如图2所示。

（1）Intel 8051系列单片机是一种8位的嵌入式控制器，可寻址64K字节，共有32个可编程双向I/O口，分别称为P0～P3。

该系列单片机上集成8K的ROM，128字节RAM可供使用。

（2）74LS244为三态控制芯片，目的是使单片机足以驱动ULN2003。

ULN2003是常用的达林顿管阵列，工作电压是12V，可以提供足够的电流以驱动步进电机。

关于这些芯片的详细介绍可参见它们各自的数据手册。

（3）74373是电平控制锁存器，它可使多个步进电机共用一组数据总线。

我们用P1.0～P1.7作为8个电机的锁存信号输出端，见表1。

这是一种基于总线分时复用的方式，以动态扫描的方式来发送控制信号，这和高级操作系统里的多任务进程调度的思想一致。

四相单四拍步进电机控制系统设计

计算机控制综合实验课程设计说明书学生姓名:学号：学院: 信息与通信工程学院专业: 自动化题目: 四相单四拍步进电机控制系统设计指导老师职称2011 年12 月26 日课程设计任务书11/12学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：自动化学生姓名：学号：课程设计题目：四相单四拍步进电机控制系统设计起迄日期: 2011年12 月26日~2012年1 月6日课程设计地点:指导教师:系主任:下达任务书日期: 2011 年 12 月 26日1．设计目的：设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。

通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：（1）选择步进电机，设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。

（2）选择控制算法，编写控制程序，实现四相步进电机在单四拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。

（3）写出设计说明书。

3. 设计工作任务及工作量的要求（包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等）：（1）查阅资料，确定设计方案（2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图（3）画出流程图，编写控制程序（4）撰写课程设计说明书4．主要参考文献：1 张艳兵，王忠庆。

计算机控制技术。

国防工业出版社2 顾德英，张健，马淑华.计算机控制技术【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006.3 华张家生. 电机原理与拖动基础【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006.成英，4张家生. 电机原理与拖动基础【M】. 北京：北京邮电大学出版社，2006.5.设计成果形式及要求：课程设计说明书1份原理图和PCB图各1份程序清单1份6．工作计划及进度：起迄日期工作内容11年12月26日~ 12月27 日 12月 28日~ 12月31日12年1月2日~ 1月3 日1月 3日~ 1月4 日1月 5日~ 1月6 日查阅资料，确定设计方案设计硬件电路画出流程图，编写控制程序撰写课程设计说明书课程设计答辩系主任审查意见：签字：年月日目录1 系统概述............................................................................... 错误！未定义书签。

四相步进电机控制电路设计与制作

开放性实验设计（论文）完成日期2015 年 5 月 5 日题目四相步进电机控制电路的设计与制作姓名伍玉鑫、王钊教学院系电气信息学院专业年级电气工程及其自动化2012级指导教师单位西南石油大学Southwest Petroleum UniversityGraduation ThesisDesign and fabrication of four stepper motor control circuitSchool of Electrical Engineering and Information2015-5-5Grade : 2012Name : Wu yuxin Wang zhaoInstructor: Jin tao目录摘要 (4)1 课程设计任务和要求 (6)1.1课程设计任务 (6)1.2课程任务要求 (6)4.四相步进电机的工作性能可靠，电路设计简单. (6)2 课程设计的方案比较及选择 (6)2.1 步进电机驱动方案选择 (7)2.2 LED显示方案选择 (7)2.3 控制状态的读取 (7)3 控制系统的工作原理 (7)3.1 四相步进电机控制工作原理 (7)3.2 控制系统的设计思路 (9)3.3 控制系统的整体框图 (9)4 控制系统的硬件设计 (10)4.1 总体的硬件设计 (10)4.2 四相步进电机控制电路 (11)4.3 LED显示电路 (12)5控制系统的软件设计 (13)5.1 总体的软件设计 (13)5.2 系统关键模块设计 (17)6 系统仿真结果 (20)6.1 四相步进电机四种工作方式 (20)6.2 相步进电机启动和停止 (22)6.3 四相步进电机正转和反转 (22)6.4 四相步进电机速度控制 (23)心得体会 (25)参考文献 (26)附录1：总电路图 (27)附录2：源程序 (28)摘要本次计算机控制技术课程设计的题目是：四相步进电机控制系统的设计。

采用信捷PLC控制多台步进电机

多台步进电机的PLC控制目录1 引言（主要写课题设计的目的、设计内容及要实现的目标）2 系统总体方案设计2.1 步进电机的选型及特点2.2 步进电机驱动器选型及特点2.3 PLC选型及特点2.4 其它硬件选型(传感器等)2.5 系统组成框图2.6 I/O分配表2.7 系统接线图设计2.8 系统可靠性设计3 控制系统设计3.1 控制程序流程图设计3.2 控制程序时序图设计3.3 控制程序设计思路3.4 创新设计内容4 总结与展望5 参考文献6附录：带功能注释的梯形图源程序多台步进电机加减速控制的PLC控制1.1引言步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

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，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。

步进电机作为执行元件，是电气自动化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。

步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点，所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。

目前，比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。

但采用单片机控制，不仅要设计复杂的控制程序和I/O接口电路，实现比较麻烦。

基于PLC控制的步进电动机具有设计简单，实现方便，参数设计置灵活等优点。

步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。

矩角特性是步进电机运行时一个很重要的参数，矩角特性好，步进电机启动转矩就大，运行不易失步。

改善矩角特性一般通过增加步进电机的运行拍数来实现1.2设计任务本系统由“步进电机（4台）、步进电机驱动器（4件）、传感器、继电器、指示灯、按钮、接线端子”等组成。

采用PLC进行控制，实现对4台电机的启停、转速、转向、定位的控制等功能。

基于PLC控制的四相步进电机的电路设计

基于PLC控制的四相步进电机的电路设计作者：武亚雄来源：《数字技术与应用》2012年第01期摘要：本文在分析了PLC的特点与应用，在此基础上提出了步进电机的控制方法，并介绍了PLC控制系统的电路设计方案。

关键词：PLC 步进电机电路设计中图分类号：TM383.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0027-02步进电机作为执行元件之一，具有电脉冲信号的转换功能，可以将其转换成直线位移或者角位移。

电机的输出位移量同输入脉冲个数之间为正比关系，电机的转速同脉冲频率之间成正比关系，电机的转向同各相绕组的相序也存在直接关联。

因此，要想实现对步进电机的速度、转向以及输出位移量的控制，可以通过控制脉冲个数、脉冲频率和各相电机绕组的相序来实现。

步进电机的启动、停车、反转等各种运行方式都可通过少数脉冲改变，且控制精度高，应用广泛。

1、PLC的特点与应用PLC是可编程序控制器的简称，PLC的研制基础是继电器控制以及计算机控制，作为新型的工业自动控制装置，其核心是微处理器，将自动化、计算机、通讯等技术于一体，具有安全可靠、环境适应能力强、编写程序简单方便等诸多优点，目前已在工业自动化领域广泛应用。

1.1 较高的可靠性PLC 的I/O接口电路全部使用的是光电隔离，进而实现了现场外电路同内电路之间的电气隔离；RC滤波器的全面使用，缩短了滤波时间，通常仅需10～20ms；屏蔽措施的广泛应用，有效避免了辐射干扰；开关电源具有良好的自诊断功能，性能优良，如果遇到电源故障或者软硬件问题，CPU可以立即进行分析处理；其使用的编程语言简单而方便，信息保护和恢复功能易于实现；警戒时钟WDT的应用给用户带来很大方便；能够实现程序备份功能以及动态数据电池的后备功能。

这些措施保证了PLC具有较高的可靠性。

1.2 模块化结构设计，通用性较强PLC厂家为用户提供有多种多样的功能模块，开发出了各种系列化的产品。

用户可以按照实际需要，选择适合的PLC产品，进而组建符合需求的控制系统。

说明书范例--四相步进电动机PLC控制

1任务分析1.1分析控制对象四相步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。

步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数（脉冲频率）成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。

所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。

步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式改变，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。

1.2四相步进电机的控制要求四相的控制要求如下：○1能对四相步进电动机的转速进行控制；○2可实现对四相步进电动机的正反转控制；○3能对四相步进电动机的步数进行控制；2方案设计在步进电动机控制系统中，步进电动机作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种控制中，其控制主要有开环、半闭环、闭环控制。

方案一：开环控制系统图2.1 开环步进电动机控制系统框图开环控制系统没有使用位置、速度检测装置及反馈装置，因此具有结构简单、使用方便、可靠性高、制造成本低等优点。

另外，步进电动机受控于脉冲量，它比直流电机或交流电机组成的开环精度高，适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。

方案二：半闭环控制系统图2.2 半闭环步进电动机控制系统框图半闭环控制系统调试比较方便，并且具有很好的稳定性，不过精度不太高，较少使用。

方案三：闭环控制系统图2.3 闭环步进电动机控制系统框图闭环控制系统定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。

综合三种方案，根据步进电动机的特点，从制造成本与系统结构复杂程度考虑，本设计采用方案一，在开环控制系统中，用PLC控制四相步进电动机。

3 步进电动机的选择现在比较常用的步进电机包括反应式步进电动机，永磁性步进电动机，混合式步进电动机和单相式步进电动机。

永磁式步进电动机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电动机一般为三相，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。

基于PLC的四相步进电机的控制

基于PLC四相步进电机的控制摘要: 随着步进电机的不断发展， PLC是当前自动化等诸多领域利用最多的控制设施，它使传统的继电器、计算机和通讯技术融合在一起，拥有操作十分方便、控制可靠性高等诸多特点，所以如何更好地使用PLC控制步进电机在工业自动化等多个领域中创造更大的效益变得极为重要。

本文采用了28ybj-48四相步进电机，以uln2003作为驱动电路，利用S7-200PLC进行正反转控制，使转动角度更加精确，减小步进电机工作时的抖动，减小误差。

关键词：PLC；步进电机；自动化控制Four phase stepping motor based on PLC control Abstract: With the continuous development of the stepper motor, PLC isthe automation and other areas by using the facilities of most of the control, it makes the traditional relay, computer and communication technology together, hasconvenient operation, high reliability control of many characteristics, so how to make better use of the PLC stepper motor control in many fields such asindustrial automation to create greater efficiency is very important to become.This paper uses 28ybj-48 four phase stepper motor, ULN2003 as drive circuit,positive inversion control usingS7-200PLC, so that the rotation angle is more accurate, reduce the step motor working jitter, error reduction.Keywords:PLC; stepper motor; automation control目录第一章绪论 (1)1.1 研究意义 (1)1.2 国内外发展应用情况 (1)1.2.1 步进电机方面 (1)1.2.2 PLC方面 (2)1.3 系统设计的主要任务 (2)第二章 PLC的综述与选择 (3)2.1 PLC的综述 (3)2.1.1 PLC的发展概述 (3)2.1.2 PLC的构成 (3)2.1.3 PLC 应用中需要注意的问题 (4)2.2 西门子s7-200PLC (4)2.2.1 西门子s7-200PLC基本情况 (4)2.2.2 西门子s7-200PLC的选型 (5)第三章步进电机的综述与选择 (7)3.1 步进电机的综述 (7)3.1.1 步进电机的发展简介 (7)3.1.2 步进电机的原理及术语 (8)3.1.3 步进电机的特点及应用注意事项 (8)3.2 四相步进电机的概述 (9)3.2.1 四相步进电机工作原理 (9)3.2.2 四相步进电机常见工作方式 (10)3.2.3 步进电机的选择 (10)第四章硬件设计 (11)4.1 系统框图 (11)4.2 电路设计图 (11)4.3 四相步进电机控制方式 (11)4.4 步进电机的驱动电路 (12)第五章程序的设计及软件仿真 (14)5.1 西门子STEP7-Micro/WIN32 V4.0的概述 (14)5.2 相应指令的介绍 (15)5.3 输入/输出元件及控制功能 (18)5.4程序梯形图 (18)5.5 应用仿真软件对s7-200进行仿真 (22)第六章结论 (24)参考文献 (25)第一章绪论1.1 研究意义随着人类工业社会的不断发展，在工业上的自动化水平在得到了十分快速的发展，在人类的生产和生活中扮演关键角色的传统电能转换装置的某些功能已经不能满足各种现代工业要求的运动控制系统，基于步进电动机具有控制精度高、可靠性高、使用方便等优点，步进电机已在自动化控制的多个领域得到了普遍的应用。

四相步进电机的PLC控制及其实现

水利水电160 2015年2期四相步进电机的PLC控制及其实现张炯哈尔滨远东理工学院，黑龙江哈尔滨 150025摘要：在现代社会之中，人们生活的各个方面同自动化系统之间有着紧密的关系，而最为禁紧密的是则是电机，基于此，本文分析了步进电机控制系统设计分析。

关键词：步进电机；控制；设计中图分类号：TM383.6 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)02-0160-02步进电动机在非超载情况下，根据脉冲信号的频率和脉冲数，对步进电机的转速和启停进行控制，而不会根据负载的变化而变化。

当步进驱动器检测到了一个脉冲信号的时候，它能够驱动步进电动机按照之前预定好的偏向转动一个固定的角度，称为“步距角”，因而，它会以一定的角度一步一步运转。

一般能够经过改变脉冲个数来修改角位移的量，从而使其实现准确定位的目标1 步进电机的工作原理四相步进电机是一典型的单定子、径向分相、反应式伺服电机。

与一般的异步电机不同,它的定了又分为定子铁芯和绕组,其中其对应的定子铁芯上的绕组为一相构成一对极, 它共有四对极。

它的转子由钢铁做成,它的上面没有绕组,而由许多的齿槽组成。

其中转子的齿或槽与定子的齿或槽大小相等。

此图中的转子共四十八个齿。

由此可知它的齿距角为7.5度,当它是由单拍控制时它的步进角为1.875度,当它是八拍控制时,它的步进角为0.9375 度。

当它处于八拍工作时,在给一次脉冲时,转子只能转过八分之一齿距角。

传统的步进电机控制方法是由触发器产生控制脉冲来进行控制的，但此种控制方法工作方式单一而且难于实现人机交互，当步进电机的参数发生变化时，需要重新进行控制器的设计。

而且由传统的触发器构成的控制系统具有控制电路复杂、控制精度低、生产成本高等缺点。

步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，其最大特点就是通过输入脉冲信号来进行控制，电机总转动角度由输入脉冲数决定，电机的转速由脉冲信号频率决定，因此适合于单片机控制，单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。

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）。

四相步进电机控制系统设计课程设计论文1 推荐

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1)控制器能够驱动步进电机以四相四拍方式（步距1.8°）正向运转。

2)步进电机运行步数能够预置，每转一步自动减1，直到减到零，此时步进电机应能停止运转。

3)绕组驱动电流不低于0.1安培。

要求性能可靠、操作简便。

2、发挥部分1)步进电机还可以按四相相单四拍方式（步距1.8°）、四相八拍(步距0.9°)、四相双四拍(步距1.8°)工作。

2)步进电机还可以反向运转。

绕组驱动电流能够达到0.2安培。

由于步进电机价格比较昂贵，控制器的负载可以用低阻值的电阻代替，通过电阻的电流应符合要求，示波器观察脉冲序列应符号要求。

要求完成的主要任务:1．硬件设计：系统总原理图及各部分详细原理图2．软件设计：系统总体流程图、步进电机单四拍，双四拍，四相八拍各模块流程图、显示模块流程图等3．编写程序：能够完成上述任务4．完成符合要求的设计说明书时间安排：2013年6月25日~2013年7月2日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (1)1设计任务及要求 (2)2方案论证 (2)2.1 设计思路与方案 (2)2.2总体设计框图 (3)3系统实现的原理说明 (4)3.1 步进电机控制工作原理 (4)3.1.1步进电机的工作原理 (4)3.1.2 步进电机的启停控制 (5)3.1.3 步进电机的转向控制 (5)3.2步数显示模块原理 (5)4硬件设计 (6)4.1系统总原理图 (6)4.2各部分硬件原理图设计 (6)4.2.1 单片机控制模块 (6)4.2.2按键选择工作状态模块 (7)4.2.3步进电机工作模块 (8)4.2.4工作状态显示模块 (8)4.2.5 4位数码管显示步数模块 (9)5软件设计 (11)5.1系统总体设计 (11)5.2步进电机工作模块 (12)5.2.1步进电机的工作方式说明 (12)5.2.2设计说明及流程图 (14)5.3数码管步数显示模块 (15)6仿真调试记录 (16)7心得体会 (16)附录：程序清单 (18)摘要本设计详细介绍了基于单片机的四相步进电机控制系统。

四相四拍

步进电机需要提供具有一定驱动能力的脉冲信号才能正常工作，脉冲信号由单片机输出的激励信号经过脉冲分配产生。

脉冲分配可以通过硬件模拟分配电路实现，也可以利用软件方便地实现。

一个完整的驱动电路不仅需要激励信号，还需有足够的功率。

在一般的电路驱动中，需将由CPU产生的脉冲信号经过功率放大后，再接到步进电机输入端。

随着大规模集成电路技术的发展，逐渐出现了很多专门用于步进电机控制的脉冲分配芯片，它们配合功率放大的驱动电路可以实现步进电机的驱动。

12.3.1 一般步进电机驱动电路在专门的步进电机驱动集成芯片出现以前，一般都是采用电路来驱动步进电机工作。

在电路设计中，必须要考虑的是驱动信号的分配和放大。

在信号分配方面，采用的均是单片机统一分配的形式；在信号放大方面，则是由各种放大电路来完成的。

下面介绍一种利用硬件电路连接而成的脉冲分配驱动电路。

1．电路驱动的工作原理图12-5所示是一个四相步进电机的驱动电路。

A、B、C、D分别接到P1口的P1.4～P1.7。

通过软件控制一组脉冲序列，控制步进电机的转速、方向和步距。

在步进电机的驱动线路中，主CPU发出的控制信号经U1放大，传到复合三极管前一级的基极。

若CPU送出的数据为0，则前级三极管BG5作为开关三极管不导通，BG1也处于截止状态，电机内的线圈不得电；若CPU送出的数据为1，则前级三极管BG5的基极有了驱动电流，12V电压经电机的线圈、限流电阻和三极管形成通路。

在电路图中的A、B、C、D分别代表电机内部的4个线圈，在驱动线中的R5～R8作为限流电阻来限制线圈中的电流值。

在电阻和线圈两侧有并联的单向二极管，当CPU信号由1跳变为0时，三极管截止，电机的线圈会产生很大的感应电动势，这时线圈、限流电阻和单向二极管形成回路，保护三极管不被线圈的瞬时感应电动势烧坏。

二极管D1～D4也称回流二极管，在选择时要考虑到电源电压及线圈电流。

R1～R4和D1～D4组成一条支路，在对应的线圈突然不通电时能够和线圈构成一组循环回路。

步进电机控制接口实验

实验一步进电机控制接口实验一、实验目的通过步进电机控制实验，学习并行接口电路及其控制程序的设计原理与方法。

二、实验内容基本实验控制四相步进电机以双八拍方式运行，自己设置按键来控制电机的启停。

三、实验要求利用MFID 实验平台和步进电机驱动模块板进行硬件连接，利用MF2KI 集成开发环境进行步进电机软件控制程序的设计、调试，直到使步进电机正常运行。

四、实验原理1．步进电机驱动模块板电路原理如图2.1.2所示。

模块板上包括接口的对象永磁式四相步进电机和驱动电路达林顿管TIP ，保护电路74LS373，相序指示灯以及开关SW 1和SW 2等。

2．步进电机接口设计原理与方法的详细阐述，参考计算机接口技术相关参考书。

图2.1.2 步进电机驱动模块电路原理框图五、实验步骤步骤一：硬件连接跳线设置：模块电源L 区 JP8跳接。

单线连法如右图：F 区A 相B 相C 相D 相OE#74LS373开关P 区 PA0 PA2 PA4 PA6 PC4 PC0 PC1连接线按键开关T 区SW1 SW2排线接法如右图：步骤二：将平台的电源开关拔到“内”的位置上。

在配套集成环境下进行硬件检测,来达到初始化芯片的目的。

步骤三：（演示实验步骤）打开集成环境在“演示实验”菜单下点开“基本接口实验”。

在“基本接口实验”中的“并行接口实验”中选择“步进电机”实验进行演示。

步骤四：（学生实验步骤）打开集成环境在“文件”菜单下学生可以选择新建自己的C++/ASM文件或者集成环境自带的C++/ASM参考程序进行调试、运行。

步骤五：观看实验现象得出结论。

△步进电机接口控制流程图①△步进电机接口控制主程序：NAMA BUJINDIANJIDATA SEGMENTPSTA DB 05H,15H,14H,54H,50H,51H,41H,45H ;DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODEORG 100HBEGIN: MOV DX,303H ；初始化8255AMOV AL, 10000001B ；命令控制字OUT DX,AL ；送命令MOV AL,00001001B ；置PC4=1关闭74LS373OUT DX,ALL: MOV DX,302HIN AL,DXAND AL,00000010 ；查SW2按下？未按下，等待 JNZ L ；按下后继续执行MOV DX,303H ；置PC4=0，打开74LS37MOV AL,08HOUT DX,ALRELOAD: MOV SI,OFFSET PSTA ；设置相序表指针MOV CX,8 ；设8拍循环次数LOP: MOV DX,302HIN AL,DXAND AL,00000001 ；查SW1按下？未按下，等待 JZ QUIT ；已按下，退出MOV AL,[SI] ；未按下，送相序代码到PA口 MOV DX,300HOUT DX,ALMOV DI,0AFHMOV BX,0FFFFH ；延时DELAY: DEC BXJNZ DELAYDEC DIJNZ DELAYINC SI ；相序表指针+1DEC CX ；循环次数-1JNZ LOP ；未到8次，继续JMP RELOAD ；已到8次，重新赋值QUIT: MOV DX,303H ；置PC4=1，关闭74LS373MOV AL,09OUT DX,ALMOV AH,4CH ；程序退出，带返回码结束INT 21HCODE ENDSEND START七、心得体会上机实验操作是一个把理论用于实践的很好机会。

PLC的四相步进电机控制方法及实现

基于PLC的四相步进电机控制方法及实现#1步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。

步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数(即脉冲频率)成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。

所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序．便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。

步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用2 PLC的特点及应用可编程序控制器fProgrammable Logic Controller)简称PLC，是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。

它具有可靠性高、环境适应性好、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等优点，因此迅速普及并成为当代工业自动化的支柱设备之一。

2.1高可靠性PLC所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；各输入端均采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为10～20ms；各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；采用性能优良的开关电源：具有良好的自诊断功能．一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大；简化编程语言，对信息进行保护和恢复．设置警戒时钟WDT；对程序和动态数据进行电池后备。

上述措施使PLC有高的可靠性。

而采用循环扫描工作方式也提高其抗干扰能力。

2.2通用性强、采用模块化结构各个PLC的生产厂家都有各种系列化产品和各种模块供用户选择。

用户可以根据控制对象的规模和控制要求，选择合适的PLC产品，组成所需要的控制系统。

在做应用设计时，一般不需要用户制作任何附加装置．从而能使设计工作简化。

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外。

四相双四拍步进电机控制系统设计解读

1引言本实验旨在通过控制AT89S52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。

具体功能主要是控制电机正转、反转、加速与减速。

具体工作过程是：给试验箱上电后，拨动启动开关，步进电机按照预先设置的转速和转动方式转动。

调整正反转按钮，步进电机实现正反转切换；拨动加速开关，步进电机转速加快，速度达到最大值，不再加速；拨动减速开关时，电机减速转动，速度减到最小速度，停止减速。

89C58)芯片、拨码开关单元、四项步进电机等硬件设备。

实验具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、拨码开关连接电路。

2四项步进电机2.1 步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

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。

2.2 步进电机的共组原理2.2步进电机的控制1.换相顺序控制：通电换相这一过程称为脉冲分配。

例如：混合式步进电机的工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。

2.控制步进电机的转向控制：如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

3.控制步进电机的速度控制：如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。

两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。

2.3步进电机的工作过程开关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断开时，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。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

基于PLC的步进电机控制系统设计

基于PLC的步进电机控制系统设计作者：***来源：《赤峰学院学报·自然科学版》2021年第01期摘要：本设计以西门子公司的S7-200可编程逻辑器为中央处理模块，以两相步进电机为控制对象，介绍了西门子S7-200PLC的控制原理和系统总体设计方法，并从软件设计方面详细地讲解了如何用PLC的移位指令和高速脉冲输出指令实现对步进电机的控制。

关键词：PLC;两相步进电机;步进电机驱动模块中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2021）01-0063-050 引言在生产制造流水线中，经常需要使用定位装置或机械手臂等加工设备来实现生产元件的组装，尤其是对于精度要求较高的组装器件，更需要根据控制要求，选取高精度的电机进行精确控制来减小误差。

本设计采用西门子S7-200系列的PLC来控制步进电机[1，2]，西门子S7-200PLC具有逻辑性强、编程控制简单的特点[3，4]，而步进电机可以通过驱动脉冲来控制电机的角度和速度，进而达到了减小误差和精确控制的目的。

1 系统总体设计基于PLC控制的步进电机电路图如图1所示。

控制电路主要由三个部分构成，第一部分是电路的核心处理单元，由西门子S7-200系列PLC构成，本设计就是通过设置PLC高速脉冲发生器的参数来产生频率不同的高速脉冲从而实现电机控制;第二部分是由步进电机驱动板构成，步进电机驱动板主要用来给步进电机提供相应的时序电流和驱动电压;第三部分是由步进电机构成的执行机构，有了足够电压和电流的步进电机经过PLC传输来的不同频率、不同脉冲数的控制信号来达到对自身运行速度及角度的调节，实现了步进电机的驱动。

2 系统硬件设计2.1 PLC概述以前，工业控制主要都是人工手动控制，成本高还不稳定。

近年来，越来越多可靠性高，实用性强的智能控制器投入到工业生产中，可以有效减低成本，还可以使工业生产稳定化。

PLC就是其中优秀可靠的产品之一。

四相双四拍步进电机控制系统设计