数控步进电机相关知识范本

第一章数控步进电机驱动系统的总体设计

1-1步进电动机及驱动系统概述

步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件，每当输入一个电脉冲时，它便会转过一个固定的角度，这个角度称为步距角,简称为步距。（本数控步进电动机步距角为15度）脉冲一个一个地输入，电动机便一步一步地转动，步进电机便因之而命名。

步进电动机和一般旋转电动机动一样，分为定子和转子两大部分。

定子由硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组，由环行分配器送来的电脉冲对多相定子绕组轮流进行励磁；转子本身没有励磁绕组的叫做“反应式步进电机”，用永久磁铁做转子的叫做“永磁式步进电动机”。步时电动机的结构形式虽然繁多，但工作原理都相同。

1-2 步进电机驱动系统的总体设计

单片机虽然是一个五脏俱全的计算机，但由于本身无开发能力，必须借肋开发工具来开发应用软件以及对硬件系统进行诊断。因此，用户要研制一个较完整的单片机产品时，必须完成以下几步工作：

（1）硬件电路设计、组装、调试；

（2）应用软件的编制、调试；

（3）应用软件的链接调试、固化、脱机运行（即脱离开发装置）。

单片机应用系统的开发过程包括总体设计、硬件设计、软件设计等几个阶段，但各阶段不是绝对分开的，有时是交叉进行的。

1-2-1步进电机硬件设计的特点：

（1）硬件结构应结合应用软件技术方案一并考虑。硬件结构与软件技术方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件来

实现，以简化硬件结构。但必须注意如用软件来实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件来实现花的时间长，而且占用CPU时间。因此，选择软件技术方案时，要考虑到这此因素。

（2）整个系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。

（3）可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。

（4）单片机外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，解决的办法是增加驱动能力，增设线驱动器或者减少芯片功耗，降低总线负载。

本系统的硬件设计包括：键盘输入电路设计、振荡电路、中断电路、复位电路、键盘输入电路、数字显示与驱动电路、步进电机及其驱动电路等。

在完成各个单元电路的设计与调试后，我们与软件系统进行了联调，且达到了一个较为理想的结果。

1-2-2数控步进电动机驱动系统软件设计的特点：

应用系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，应可靠地实现系统的各种功能。应用系统种类每秒多，应用软件各不相同，但是一个优秀的应用系统的软件应具有下列特点：

（1）软件结构清晰、简捷、流程合理。

（2）各功能程序实现模块化、子程序化。这样，既便于调试、链接，又便于移植、修改。

（3）程序存储区、数据存储区规划合理，既能节约内存容量，又使操作方便。

（4）实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是计算机应用系统提高可靠性的有力措施。

本系统软件设计采用汇编语言编程，程序编译通过后，我们进行了固化，并与系统的硬件进行了联调，达到了一个较令人满意的效果。

本数控步进电机驱动系统机总体开发与设计的流程图如图1所示:

图1单片机总体开发与设计的流程图

1-3数控步进电动机驱动系统总体功能介绍

本数控步进电动机驱动系统主要完成以下功能:

(1)步进电机按键盘输入电路设定的圈数，按A键旋转相应的圈数

同时显示电路倒计时显示已转的圈数；

(2)点动正反转运行；

(3)按根据事先设定，以三种不同的速度运行； (4)根据事先设定，分别以4拍、8拍模式运行；

(5)通过按SW1键暂停步进电机运行（此时数码显示暂停），松手步进电机继续运行。

其键盘输入数字排列如图2所示:

图2键盘输入数字排列图

各个按键与其功能对应关系如表1所示：

表1键盘功能对照表

现在说明如下：

“0～9”键：为数字键，用来预先设定步进电机转动的圈数。

“A ”键 ：A 键为执行键，按A ，则步进电机根据先前设定，执行运转。

“B”键：点动直行键。按“B”键则电机点动运行，松开则停止转动。“C”键：设定正反转键。按“C”键则P3.0LED亮，表示反转，再按P3.0熄为正转，再按P3.0亮为反转。

“D”键：速度1设定键，按D，则速度显示数码管显示1。

“E”键：速度2设定键，按E，则速度显示数码管显示2。

系统默认速度0，此时速度显示数码管显示0。

“F”键：设定8拍模式设定键。按F则设定8拍运行模式。P3.4绿灯亮，表示8拍模式，再按绿灯熄，表4拍模式。如此循环。

“SW1”键：暂停键，按INT1，步进电动机暂停，圈数显示数码管在当前显示的圈数下停下，松手则步进电机继续运行。

“SW2”键：复位键。用来急停步进电机

数控步进电机驱动系统软件总体框图如图3所示：

图3数控步进电机软件系统框图

传统的步进电机驱动控制系统一般采用模拟电路控制，其电路复杂、功能较为单一，控制也不够灵活。而采用单片机控制的步进电机驱动控制系统具有线路简单、控制灵活、成本较低等诸多优点。以AT89C51为控制核心的步进电机及驱动系统框图如图4所示：

图4数控步进电机总体框图

第二章数控步进电机硬件系统设计

2-1数控步进电机硬件系统设计应考虑的问题

硬件设计需考虑下列几点：

(1) 尽可能选择典型电路

(2) 系统的扩充与外围装置，应充分满足应用系统的要求，并留一些扩充槽，以便进行二次开发。

(3) 硬件结构应结合应用软件一并考虑。软件有执行的功能尽可能由软件来执行，以简化硬件结构。但必须注意，由软件执行硬件的功能，其响应时间比直接使用硬件要长，且占用CPU时间。

(4) 整个系统器件尽可能做到性能匹配。

(5) 可靠性及抗干扰设计是硬件设计极其重要的部分，包括器件选择、电路板布线、通道隔离等。

(6) 单片机微处理器外接电路较多时，必须考虑其驱动能力，驱动能力不足时，系统工作不可靠。解决办法是增加驱动能力，或减少IC功耗，降低总线负载。