单片机三相单三拍步进电机
单片机驱动步进电机电路
通过键盘，将货位（或包位）代码输入微机，启动存（或取）命令键，机械手即可在微机的控制下，作X、Y、Z三个方向的运动，完成存（或取）包操作。控制原理如图所示。
01
系统主要包括微机控制、步进电机控制、机械传动系统、光控音乐电路、工作电源、货架和柜台等七部分组成。微机根据键入的货物代码，产生相应的脉冲信号，经CH250脉冲分配器和驱动电路，输出具有一定功率的脉冲，驱动有关电机正转或反转及其步数，从而实现货物的存取。机械手行进中，光控音乐电路驱动蜂呜器发出乐曲，从而增强了工作的节奏、控制的旋律。
*
9
如果按： 001→101→100→110→010→011→001…… A CA C CB B BA A 的次序输出，就可达到反转的目的。 [练习1]仿照三相三拍的办法编出反转控制子程序。
FAN： MOV P1， ＃01H ；A相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃05H ；CA相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃04H ；C相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃06H ；CB相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃02H ；B相通电 ACALL D1MS MOV P1，＃03H ；BA相通电 ACALL D1MS RET
9.3 应用举例——机械手的微机控制
随着科学技术的进步、工业自动化的进程，机械手将进一步取代简单而笨重的人工操作，逐步把在恶劣环境下工作的人们解放出来，这对于改善人们的工作条件、提高工作效率，具有一定的现实意义。
本例系存取邮件机械手的控制，在邮政部门和立体仓库中作自动存职包裹和货物之用。
工作原理
由软件完成脉冲分配工作
*
特点：由软件完成脉冲分配工作，不仅使线路简化，成本下降，而且可根据应用系统的需要，灵活地改变步进电机的控制方案。
步进电机的工作原理
优选步进电机的工作原理
步进电动机的工作原理与特点
原理：步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号
转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。
特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比.
系称为矩频特性
特点：
步进电动机矩频特性
下降曲线。以最 大负载转矩（启 动转矩）Tq为起 点，随着控制脉 冲频率增加，步 进电动机的转速 逐步升高、而带 负载能力却下降
A
B'
C'
C
B
A'
B相通电，转子2、4齿 和B相轴线对齐，相对 A相通电位置转30；
A
B'
C'
C
B
A'
C相通电再转30
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。
三相单三拍的特点：
（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为
步距角，用S表示。
步进电机的种类：
通常按励磁方式分为三大类： 1）反应式：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应 用最广。 2）永磁式：转子的极数=每相定子极数，不开小齿， 步距角较大，力矩较大。 3）感应子式(混合式)： 开小齿，混合反应式与永磁 式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。
以反应式为例说明步进电机的结构和原理
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序， 改变通电顺序即可改变转向。
二、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。
步进电机
转角：由脉冲数控制 转速：由脉冲频率控制
转向：由方向信号确定
步进电机的分类
可变磁阻式（VR型）:转子以软铁加工成齿状，
当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故 其转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并 不大。其步进角通常为15°。 永久磁铁式（PM型）：转子由永久磁铁构成， 其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。 依转子材质区分，其步进角有45°、90°及 7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 混合式（HB型）：转子由轴向磁化的磁铁制成， 磁极做成复极的形式，兼采可变磁阻式步进电机 及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩 大、步进角度小。混合式步进电机随着相数（通 电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这 种步进电机的应用最为广泛。
步进电机减速器
减速器是一种动力传达 机构，利用齿轮的速度 转换器，将电机的回转 数减速到所要的回转数， 并得到较大转矩的机构。 减速机具有减速及增加 转矩功能，用于低转速 大扭矩的传动设备。 原理：轴上的齿数少的 齿轮啮合输出轴上的大 齿轮来达到减速的目的。
手动脉冲发生器 （码盘）
不需要驱动器，直接接步进电机，多用于手动控制数控 机床的面板。
4．动作灵敏：步进电机因为加速性能优越，所以可做 到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁的定位动作。 5．开回路控制、不必依赖传感器定位：步进电机的控 制系统构成简单，不需要速度感应器及位置传感器就 能以输入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回 路控制，故最适合于短距离、高频度、高精度之定位 控制的场合下使用。 6．中低速时具备高转矩：步进电机在中低速时具有较 大的转矩，故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输 出。 7．高信赖性：使用步进电机装置与使用离合器、减速 机及极限开关等其它装置相较，步进电机的故障及误 动作少，所以在检查及保养时也较简单容易。 8．小型、高功率：步进电机体积小、扭力大，尽管于 狭窄的空间内，仍可顺利做安装，并提供高转矩输出。
步进电机的旋转方向和时序脉冲的关系
步进电机的旋转方向和时序脉冲的关系步进电机旋转方向与内部绕组的通电方式有关。
现在常用的通电方式主要有三种：（1）三相单三拍：A-B-C-A；（2）三相双三拍：AB-BC-CA-AB；（3）三相六拍：A-AB-B-BC-C-CA-A；按以上顺序通电，步进电机正转，按相反方向通电，步进电机反转。
因此，生产时序脉冲的方法是：（1）利用单片机的P1.0，P1.1，P1.2分别控制三相步进电机的A，B，C 三相绕组；（2）根据控制模式写出控制模型；（3）控制模型的顺序向步进电机输入控制脉冲。
从通电方式的二进制数可以看出，步进电机每步进一步，高电平就向左或向右移一位。
所以，我们可以考虑借助累加器A来实现步进电机的通电，可以把一个时序字节放在累加器A中，在每个采样时刻累加器A左移或右移一位，经输出口输出。
为了弥补8位的不足，可以考虑加入进位标志位CY这样就可以把它看成是第九位，这样就能实现所需要的通电方式。
下面以三相单三拍和三相双三拍为例来研究累加器中时序字节的转移。
三相单三拍通电方式，可以考虑在类及其A中放置时序字节49H。
步数的确定电机固有步距角它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。
电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。
通常步进电机步距角β的一般计算按下式计算。
β=360°/（Z·m·K）式中β―步进电机的步距角；Z―转子齿数；m―步进电动机的相数；K―控制系数，是拍数与相数的比例系数步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。
电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。
步进电机单三拍通电方式的基本原理
步进电机单三拍通电方式的基本原理随着生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种电动机。
这些电动机的工作原理，一般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近似，但是它们在性能、结构、生产工艺上各有其特殊性，多用于自动控制过程中。
一般来说，这些电动机的功率不大，小的只有几分之一瓦，大的也不过几十瓦或几百瓦，属于微型电动机的范围。
步进电动机一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。
每输入一个冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。
因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。
步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。
由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。
随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。
步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。
图1 反应式步进电动机的结构示意图图1是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。
两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。
下面介绍反应式步进电动机单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。
一、单三拍通电方式的基本原理设A相首先通电（B、C两相不通电），产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。
这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。
在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置（图2a）；接着B相通电。
步进电动机的通电方式
步进电动机的通电方式
假如步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍，每拍中只有一相绕组通电，其余绕组断电，则这种通电方式称为单相通电方式。
三相步进电动机的单相通电方式称为三相单三拍通电方式。
假如步进电动机通电循环的每拍中都有两相绕组通电，则这种通电方式称为双相通电方式。
三相步进电动机采纳双相通电方式时，称为三相双三拍通电方式。
假如步进电动机通电循环的各拍中交替消失单、双相通电状态，则这种通电方式称为单双相轮番通电方式。
三相步进电动机采纳单双相轮番通电方式时，每个通电循环中共有六拍，因而又称为三相六拍通电方式。
一般状况下，m相步进电动机可采纳单相通电、双相通电或单双相轮番通电方式工作，对应的通电方式分别称为m相单m拍、m相双m拍或m相2m拍通电方式。
由于采纳单相通电方式工作时，步进电动机的矩频特性（输出转矩与输入脉冲频率的关系）较差，在通电换相过程中，转子状态不稳定，简单失步，因而实际应用中较少采纳。
下图是某三相反应式步进电动机在不同通电方式下工作时的矩频特性曲线。
明显，采纳单双相轮番通电方式可使步进电动机在各种工作频率下都具有较大的负载力量。
图不同通电方式时的矩频特性通电方式不仅影响步进电动机的矩频特性，对步距角也有影响。
一个m相步进电动机，如其转子上有z个小齿，则其步距角可通过下式计算：式中，k是通电方式系数。
当采纳单相或双相通电方式时，k＝1；当采纳单双相轮番通电方式时，k＝2。
可见，采纳单双相轮番通电方式还可使步距角减小一半。
步进电机的步距角打算了系统的最小位移，步距角越小，位移的掌握精度越高。
基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计
计算机控制技术课程设计报告《基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计》专业及班级______ 09自动化（1）班_________ 姓名_____ 吴红田坤王林指导老师_______ 丁健______________完成时间_______ _ 2012-6-17__________________基于protues的步进电机控制系统设计摘要：步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。
控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。
为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。
人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。
此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，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控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。
一、步进电机原理、控制技术及其特点由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备….步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统的控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配器。
单片机步进电动机控制系统设计
前言单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。
它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。
从此，计算机技术在两个重要领域——通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展，并正在深深地改变着我们的社会。
采用8031单片机控制步进电机,可实现步进电动机正反转控制和步进电动机的无级调速。
分析了步进电机的工作原理,讨论了系统硬件和软件的设计方法，并给出了步进电机的四相八拍单片机控制的具体实现方法.该系统操作简单，降低了成本，提高了系统的可靠性.步进电机具有控制方便和体积小等特点,因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用。
近年来大规模集成电路的发展以及各种单片机的迅速发展和普及，为设计功能强、价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，它的运行需要专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号控制。
每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度，这个角度称为步距角。
脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电动机旋转的速度,改变绕组的通电顺序可以改变电机旋转的方向。
在数字控制系统中，它既可以用作驱动电动机，也可以用作伺服电动机。
它在工业过程控制中得到广泛的应用，尤其在智能仪表和需要精确定位的场合应用更为广泛。
1 单片机的基本知识1。
1 概述单片微型计算机简称单片机，由于它的结构及功能均是按工业控制要求设计的，所以其确切的名称应是单片微控制器（Single Chip Microcontroller)。
它是把微型机算计的各个功能部件：中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、并行I/O接口、定时器/计数器及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机系统，故又把它称为单片微型计算机系统（Single Chip Microcomputer）。
由于单片机面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是应控制领域应用的要求而诞生的。
执行机构工作原理及使用方法
特点：电路结构简单，但串联R2消耗能量降低放大功率；电感较大使电路对脉冲反应较慢,输出波形差。主要用于转速要求不高的小型步进电机控制。
3.电流检测型驱动
图2-28 电流检测驱动电路原理
恒流斩波驱动
（a）恒流斩波驱动电路 （b）电路波形图2-29恒流斩波驱动电路
4.细分驱动
设备难于小型化；液压源和液压油要求严格；易产生泄露而污染环境。
机电一体化系统对执行元件的基本要求
（1）惯量小，动力大。 （2）体积小，重量轻。 （3）安装方便、便于维修维护。 （4）易于实现自动化控制。 2.3 电动执行机构 常用电动执行机构 ： DC/AC电动机、力矩电动机、步进（脉冲）电动机、变频调速电动机、开关电磁电动机以及其他电动机（直流或交流脉宽调速电动机、电磁伸缩元件）等。
1—换向极铁心；2—换向极绕组
图2-6 直流电机电刷装置
1—电刷；2—刷握；3—弹簧压板； 4—座圈；5—刷杆
电刷与换向器配合可以把转动的电枢绕组电路和外电路连接并把电枢绕组中的交流量转变成电刷端的直流量。电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆架、弹簧、铜辫构成，如图所示。电刷组的个数，一般等于主磁极的个数。
气压式
气体压力源压力5~7×Mpa；要求操作人员技术熟练。
气源方便、成本低；无泄露而污染环境；速度快、操作简便。
功率小、体积大、难于小型化；动作不平稳、远距离传输困难；噪音大；难于伺服。
液压式
液体压力源压力20~80×Mpa；要求操作人员技术熟练。
输出功率大，速度快、动作平稳，可实现定位伺服控制；易与计算机（CPU）连接。
2.2 执行元件的种类及性能
种类
特点
优点
缺点
电气式
三相三拍步进电机工作原理
三相三拍步进电机工作原理
三相三拍步进电机的工作原理基于电磁感应和磁场作用。
当给定子绕组通电时，会在电机内部产生磁场，这个磁场会与转子上的永磁体相互作用，使转子转动。
具体来说，当A相绕组通电时，A相定子上的齿与转子上的齿对齐，迫使电机旋转一定的角度。
然后，B相绕组通电，B相定子上的齿与转子上的齿对齐，电机继续旋转一定的角度。
同理，C相绕组通电时，C相定子上的齿与转子上的齿对齐，电机继续旋转一定的角度。
每次改变一次通电方式，步进电机转动一步，这称为一拍。
当A、B、C三相依次轮流通电时，步进电机就会依次转动三个步骤，即三拍。
这种按A→B→C→A→B→C→A…顺序轮流通电的方式称为三相三拍运行方式。
需要注意的是，三相三拍步进电机的工作原理可能因具体的电机设计和应用场景而有所不同。
在实际应用中，需要根据电机的具体参数和应用需求来确定通电方式和步距角等参数。
三相单拍步进电机控制系统程序代码
{
unchar i.j:
for(i=0:＜maichong:i++)
{
delay(10) //延时函数，控制电机速度
}
bushu--:
#define unchar unsigned char
sbit kai_key=P3^1; //开关，作锁功能
sbit zheng_key=P3^2; //正转
sbit fan_key=P3^3; //反转
sbit 18_key P1^0; //18步
}
/**********************************/
/********* 13 电信01 ***********/
/********* 杜强 ************/
/********* 赵金龙 *************/
#include <reg51.h>
for(k=125:k＞0:k--):
}
void key()
{
//kaikey=shuo_key:
if(kai_key==0) //这里加关闭和，表示键盘锁打开。如果不闭合，表示上锁电机不转
else if(9_key==0) bushu=9:
else if(6_key==0) bushu=6:
else if(3_key==0) bushu=3:
else bushu=0:
uchar code table[]={0x01.0x02.0x04.0x02.0x01}:
//电机正反转I/O口的高低电平对应表
void delay(uchar i) //延时函数
步进电机特征参数表
步进电机的驱动 驱动步进电机工作的装置称为步进电机驱动电源，它由电源电路、光电隔离电路、环形分配电路及功率放大电路等多种电路组成，其驱动示意如图2一17所示。
图2—17 步进电机的驱动示意图
f :频率（周/秒）， K(c): 逻辑供电状态系数(单或双拍时为1,间拍时为2)，Z: 转子铁心齿数, m: 定子绕组相数。
综上所述，步进电机在工作中有定位和运转两种基本运行状态，并受数控装置的控制。
通过控制输入脉冲数的多少，即可控制电机转轴总的角位移大小；改变输入脉冲的频率，即可改变电机的旋转速度；改变对定子绕组的通电顺序，即可改变电机的旋转方向。
另外，相数较多时，电机运行的稳定性较好。
感应子式步进电机 又称为混合式步进电机，也曾称为反应式永磁步进电机。
这类电机的标准代号为B YG ，Y 表示永磁型，G 表示感应子式。
磁阻式步进电机 经济型数控机床普遍采用该种类型，它的标准代号为BC (试行)。
B 表示步进电机，C 表示磁阻式。
以前所称的反应式(旧代号为B F ，其F 表示反应式)步进电机。
机电一体化
机电一体化1.单片机、单板机、PLC、嵌入式系统的区别和联系？答：单片机是在一块芯片上集成了中央处理单元，数据存贮器、程序存贮器、定时器/计数器、时钟电路以及输入输出接口等部件，包含了一个数字处理系统所需的全部功能。
其硬件最简单，字长一般为8位，也有16位的，存储空间最小。
集成的片内外设比较丰富。
由于硬件的局限性，导致软件上就不能太大，一般没有操作系统。
单板机是把微处理器、一定容量的ROM、RAM和输入、输出接口等大规模集成电路芯片组装在一块印刷电路板上，配备小型键盘和显示装置。
在ROM中固化监控程序，并且具有较强的扩充能力和完备的外部设备接口能力。
（微型计算机是将单板机、控制面板、电源等组装在一个机箱内而构成的完整微型计算机系统。
除具有较大容量的存贮器外，一般还配有软、硬磁盘、显示屏、打印机等多种外设和足够的软件系统。
）PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是建立在单片机之上的产品，它自身就是一个复杂的嵌入式系统，PLC和单片机最大的区别是PLC可靠，抗干扰能力强，适用于工业现场。
嵌入式系统是以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适应应用系统对功能，成本，体积，可靠性，功耗严格要求的计算机系统。
硬件集成度高，集成的片内外设很多，通常集成串口，USB，CAN等各种控制器，通讯方便。
字长一般32位。
性能高，速度快，主频一般100M左右，ARM9可达600M。
存储空间大，可以支持操作系统。
2.什么是稳态设计和动态设计？答：稳态设计：①使系统的输出运动参数达到所要求技术状态②执行元件的参数选择③功率（力/力矩）匹配以及过载能力的验算。
④各主要元件的选择与控制电路的设计⑤信号的有效传递⑥各级增益的分配⑦各级之间阻抗的匹配和抗干扰措施等，并为后面动态设计中的校正补偿装置的引入留有余地。
基于单片机的步进电机控制系统设计
基于AT89C52单片机的步进电机控制系统设计摘要：步进电机专用开发系统，适用于数控机床及某些特定条件及系统。
本文通过单片机为开发平台,对步进电机进行控制.采用单片机A T89C52,根据输入的数据转化成的控制信号来控制步进电动机的角位移的一种方法,包括硬件设计和软件设计.整个系统主要由电机驱动电路，声光报警电路，4位LED显示电路，电源电路及核心单片机部分构成。
利用单片机产生步进电机驱动脉冲，通过4×4矩阵键盘能实现对步进电机启动、停止功能的选择以及加速、减速、反转功能的选择，使用方便、操作简单。
其中在步进电机控制器的设计中，重点阐述脉冲产生电路以及对速度的控制，实现对步进电机速度精确控制的开发系统.提高步进电机的步进精度，能够控制三相或四相步进电机。
且电路简单，成本较低,控制方便，移植性强.实用价值高。
关键词:A T89C52；步进电机；脉冲产生Design of Control System for Stepping Motor Based onAT89C52Abstract:A stepper motor dedicated development system,applicable to CNC machine tools and some special conditions and system. In this paper，through the SCM as the development platform，for the stepper motor control。
The paper introduce one way that controls the stepping motor by microcomputer AT89C52 depending on the control signal to which input data convert control the line displacement of the stepping motor，namely simply graph plotter，including its hardware and software。
三相单三拍步进电机
三相单三拍步进电机单⽚机驱动三相单三拍步进电机仿真设计关于单⽚机驱动三相单三拍步进电机仿真设计随着⽣产过程机械化、电⽓化和⾃动化的不断发展，出现了各种类型的特种电动机。
这些电动机的⼯作原理，⼀般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近似，但是它们在性能、结构、⽣产⼯艺上各有其特殊性，多⽤于⾃动控制过程中。
⼀般来说，这些电动机的功率不⼤，⼩的只有⼏分之⼀⽡，⼤的也不过⼏⼗⽡或⼏百⽡，属于微型电动机的范围。
步进电动机⼀般电动机都是连续旋转，⽽步进电动却是⼀步⼀步转动的，故叫步进电动机。
每输⼊⼀个冲信号，该电动机就转过⼀定的⾓度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。
因此步进电动机是⼀种把脉冲变为⾓度位移（或直线位移）的执⾏元件。
步进电动机的转⼦为多极分布，定⼦上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输⼊电脉冲信号，每输⼊⼀个脉冲信号，步进电动机的转⼦就前进⼀步。
由于输⼊的是脉冲信号，输出的⾓位移是断续的，所以⼜称为脉冲电动机。
随着数字控制系统的发展，步进电动机的应⽤将逐渐扩⼤。
步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。
图1 反应式步进电动机的结构⽰意图图1是反应式步进电动机结构⽰意图，它的定⼦具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。
两个相对的磁极组成⼀组，联法如图所⽰。
下⾯介绍反应式步进电动机单三拍的基本原理。
⼀、单三拍通电⽅式的基本原理及本设计的要求设A相⾸先通电（B、C两相不通电），产⽣A-A′轴线⽅向的磁通，并通过转⼦形成闭合回路。
这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。
在磁场的作⽤下，转⼦总是⼒图转到磁阻最⼩的位置，也就是要转到转⼦的齿对齐A、A′极的位置（图2a）；接着B 相通电（A、C 两相不通电），转了便顺时针⽅向转过30°，它的齿和C、C′极对齐（图2c）。
不难理解，当脉冲信号⼀个⼀个发来时，如果按A→C→B→A→…的顺序通电，则电机转⼦便逆时针⽅向转动。
利用单片机实现控制步进电机
１２ ８ ５ 与 ８ ５ ． ２ ５ ２ ３组 合 控 制 法
如图 ２把 Ｃ ， ＰＵ 直 接 控 制 法 中 “ 件 延 时 ” 分 的 软 部
图 １ ＣＩ 直 接 控 制 法 示 意 图 Ｕ
工作 由 可 编 程 定 时 计 数 器 ８ ５ ２ ３来 实 现 ， 可 得 到一 种 就
ＣＬ 端 脉 冲 的 给 人 ， 在 Ｃ ０ ５的 ＲＳ 端 得 到 一 Ｋ 并 Ｃ４ １ Ｔ
摘 要 ： 本 文 作 者 给 出 四 种 单 片 机 控 制 步 进 电 机 的 实 现 途 径 ， 对 四 种 方 法 作 了 对 比 。 并 关 键 词 ： 单 片 机 ； 进 脉 冲 ； 磁 方 式 步 励
中 图分类 号 ： ＴＭ ３ ＴＭ ３ １ ２ ４： ０ ．
文 献标识 码 ： Ａ
如 图 １所 示 ， 种 方 法 是 使 微 处 理 器 与 驱 动 部 分 此 直 接 连 接 ， 进 脉 冲 的 产 生 与 分 配 由单 片机 直 接控 制 ， 步 各种 通 电方 式 及 功 能 转 换 均 可 通 过 改 变 程序 来 控 制 。 我 们 可 以选 择 总 线 中 对 应 ８ ５ ０ １单 片 机 的 Ｐ １口
表 １ ８ ５ 单 片机 Ｐ ０１ ｌ口数 据 与步 进 电机 励磁 方式 对照 表
用 单 片 机控 制 步 进 电机 的具 体 实 现 方 案 。
１ 四 种 微 机 控 制 步 进 电 机 方 法 的 具 体
实 现
１ １ ＣＰＵ 直 接 控 制 法 ．
８５ ０１ 驱 动 电器
Ｏ 前 言
步进 电机 作 为 执 行 部 件 ， 泛 用 于 自 动 控 制 系 统 广 的各 个 领 域 。 利 用 微 处 理 器 来 控 制 步 进 电 机 不 但 灵 活 、 便 、 于 实 现 ， 且 它 还 具 有 成 本 低 的 特 点 。此 方 易 而 类 方 法应 用 于 教 学 实 验 及 科 研 中效 果 良好 。 所谓 微 机 控 制 步 进 电 机 是 指 由微 机 控 制 步进 电 机 的脉 冲 电路 ， 生 与转 速 相 对 应 的 步 进 脉 冲 ， 按 正 确 产 并
三相单三拍步进电机的工作原理
三相单三拍步进电机的工作原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊三相单三拍步进电机的工作原理，这玩意儿可有意思啦！
你看啊，这三相单三拍步进电机就像是一个训练有素的小团队。
三相嘛，就好比是三个小伙伴，他们相互配合，共同完成任务。
那这个“单三拍”又是啥意思呢？咱可以这么理解，就像是小团队迈着整齐的步伐前进。
第一步，其中一个小伙伴发力，带着整个团队往前走一步；第二步，换另一个小伙伴发力啦，又带着大家往前走一步；第三步，再换一个小伙伴，接着走。
就这么一步一步地，有规律地前进着。
想象一下，这三个小伙伴就像是电机里的绕组，轮流工作，推动着电机不断转动。
这是不是很神奇呀？
每次绕组通电的时候，就好像是给这个小伙伴打了一针鸡血，让它充满了力量，带动着整个电机转动一点点。
然后呢，下一个绕组接力，继续推动，这样电机就持续不断地转起来啦。
你说这像不像接力赛跑呀？一个绕组跑完一程，把接力棒交给下一个绕组，然后不断循环，永不停歇。
而且哦，这个过程是非常精确的呢！每一步的转动角度都是固定的，就像走正步一样，一步一个脚印，绝不会乱了步伐。
这可就厉害啦，能让它在很多需要精确控制的地方大显身手呢！
咱生活中好多地方都有它的身影呀！比如一些自动化设备，就是靠它来精确地执行各种动作的。
没有它，那些设备可就没法那么听话地工作啦。
所以说呀，这三相单三拍步进电机虽然看起来不起眼，但它的作用可大着呢！它就像一个默默奉献的小英雄，在背后为我们的生活提供着便利。
咱可得好好感谢它，不是吗？
总之，三相单三拍步进电机的工作原理就是这么有趣又实用，它让我们的生活变得更加丰富多彩啦！。
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<《单片机原理及应用》课程设计报告书课题名称#单片机控制步进电机姓名学号专业指导教师、机电与控制工程学院2014 年5月30 日任务书单片机控制步进电机步进电机是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之一，它可以在机械结构中把丝杠的角度变成直线位移，也可以用它带动螺旋电位器，调节电压和电流，从而实现对执行机构的控制。
在数字控制系统中，由于它可以直接接受计算机输出的数字信号，而不需要进行D/A 转换，所以使用起来十分方便。
步进电机具有快速的启停能力和精度高的显著特点，在定位场合得到了广泛的应用。
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。
因此，需把并行的二进制转换成串行的脉冲序列，并实现方向控制。
每当步进电机脉冲输入线上得到一个脉冲，它便沿着特定的方向走一步。
【设计要求：采用单片机来控制一个三相单三拍的步进电机工作。
步进电机的旋转方向由正反转控制信号来控制。
步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3，6，9，12，15，18，21，24，27步。
并且键盘具有键盘锁的功能，当键盘上锁的时候，步进电机是不接受输入步数的，也不会运转。
只有当键盘锁打开并输入步数的时候，步进电机才开始工作。
电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。
当电机在运转的过程当中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮.，同时警报响。
~目录1、绪论 (4)2、方案论证（规划、选定） (7)3、方案说明（设计） (7)4、硬件方案设计 (8)5、软件方案设计 (12)6、调试 (13)·7、技术小结（结束语） (14)8、参考文献 (15)9、附录（源程序代码、电路图等） (16)`;（1.绪论步进电机是用电脉冲信号控制，以实现对生产过程或设备的数字控制，它是过程控制中一种十分重要和常用的功率执行器件，它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器或角位移发生器等，近年来由于计算机应用技术的迅速发展，步进电机常常和计算机一起组成高精度的数字控制系统。
由于它是由数字脉冲控制，因此非常适合于用单片机控制，本设计便是在此基础上，AT89C51型单片机为核心，并结合外围电路以步进电机为控制对象的控制系统。
单片机控制步进电机原理步进电机的不同驱动方式，都是在工作时，脉冲信号按一定顺序轮流加到三相绕组上，从而实现不同的工作状态。
由于通电顺序不同，其运行方式有三相单三相拍、三相双三拍和三相单、双六拍三种（注意：上面“三相单三拍”中的“三相”指定子有三相绕组；“拍”是指定子绕组改变一次通电方式；“三拍”表示通电三次完成一个循环。
“三相双三拍”中的“双”是指同时有两相绕组通电）。
三相单三拍运行方式：下页图所示为反应式步进电动机工作原理图，若通过脉冲分配器输出的第一个脉冲使A相绕组通电，B,C相绕组不通电，在A相绕组通电后产生的磁场将使转子上产生反应转矩，转子的1、3齿将与定子磁极对齐，如果图（a）所示。
第二个脉冲到来，使B相绕组通电，而A、C相绕组不通电；B相绕组产生的磁场将使转子的2、4齿与B相磁极对齐，如图（b）所示，与图（a）相比，转子逆时针方向转动了一个角度。
第三个脉冲到来后，是C相绕组通电，而A、B相不通电，这时转子的1、3齿会与C组对齐，转子的位置如图（c)所示，与图（b)比较，又逆时针转过了一个角度。
图反应式步进电机工作原理图当脉冲不断到来时，通过分配器使定子的绕组按着A相--B相--C 相--A相……的规律不断地接通与断开，这时步进电动机的转子就连续不停地一步步的逆时针方向转动。
如果改变步进电动机的转动方向，只要将定子各绕组通电的顺序改为A相--C相--B相--A相，转子转动方向即改为顺时针方向。
单三拍分配方式时，步进电动机由A相通电转换到B相通电，步进电动机的转子转过一个角度，称为一步。
这时转子转过的角度是30度。
步进电动机每一步转过的角度称为步距角。
三相双三拍运行方式三相双三拍运行方式：每次都有两个绕组通电，通电方式是AB--BC--CA--AB……，如果通电顺序改为AB--CA--BC--AB……则步进电机反转。
双三拍分配方式时，步进电动机的步距角也是30度"三相单，双六拍运行方式：三相六拍分配方式就是每个周期内有六个通电状态。
这六中通电状态的顺序可以使A--AB--B--BC--C--CA--A……或者A-- CA--C--BC--B--AB--A……六拍通电方式中，有一个时刻两个绕组同时通电，这时转子齿的位置将位于通电的两相的中间位置。
在三相六拍分配方式下，转子每一步转过的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是15度。
单三拍运行的突出问题是每次只有一相绕组通电，在转换过程中，一相绕组断电，另一相绕组通电，容易发生失步；另外单靠一相绕组通电吸引转子，稳定性不好，容易在平衡位置附近震荡，故用的较少。
双三拍运行的特点是每次都有两相绕组通电，且在转换过程中始终有一相绕组保持通电状态，因此工作稳定，且步距角与单三拍相同。
六拍运行方式转换时始终有一相绕组通电，且步距角较小，故工作稳定性好，但电源较复杂，实际应用较多。
{2.方案论证本设计由于需要实现9个不同部数的输入以及其他功能的输入，所以可以采用键盘输入，实现步进电机的步数由键盘输入且具有键盘锁功能。
而本实验单片机的端口数量充足，最后决定直接采用键盘输入。
【在步进电机方面由于此次设计的软件采用proteus，在此软件中只有一个四相步进电机的模型，然后考虑到步进电机控制方法的难易度最后决定采用四相八拍控制法，由于单片机不能直接驱动步进电机，通过芯片放大控制电压。
在测量温度方面一开始打算用一个温度传感器开关去实现监测电机的温度，当温度过高的时候就断开开关；但考虑到系统的可操作性，准确性，编程的难以度及仿真软件的限制，最后决定用DS18B20代替电机的测量系统，实现电机在运动过程中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮，同时报警。
而转向方面用不同的指示灯指示正转和反转。
当温度超过安全温度时，报警灯会亮和报警铃会鸣响，并让电机停止运转同时锁住键盘。
3.方案说明步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。
即步进电机是将电脉冲信号转换为机械角位移的执行元件。
步进电机的控制可以用硬件，也可以用软件通过单片机实现。
硬件方法是采用脉冲分配器芯片进行通用换相控制；而软件方法是用单片机产生控制脉冲来控制步进电机的运行状态，这种方法可简化电路，降低成本。
在用软件控制时，主要设计要点如下：判断旋转方向；按相序确定控制字；按顺序输入控制字；确定控制步数和每一步的延时时间。
由于单片机的驱动电流一般都比较小，不能直接驱动电机工作，所以单片机的I/O口输出必须接驱动电路，即功率驱动，才得以控制电机正常工作。
控制框图如下图所示：·开始启动时点击处于停止转动状态，用键盘按键控制键盘锁、步数、正转、反转。
用80c51作为总控制芯片。
ULN2003用于步进电机的驱动控制。
其中在键盘控制时用键盘扫描程序。
图总方案图|4.硬件方案设计系统硬件设计最小单片机系统·5V电源：给系统供电。
复位电路：程序跑飞时复位电路可以使程序从新执行，相当于电脑的重启。
晶振：给单片机运行提供时钟。
EA接高电平：表示运行内部程序存储器下载的程序。
P0接排阻：P0口开漏结构，使用时一般接排阻拉高电平。
键盘设计该电路中采用独立键盘工作方式，共设有十二个按键，分别是3,6，9，12，15,18,21,24,27布局选择功能，键盘锁功能以及步进电机转动方向选择功能。
其中有程序决定起作用。
！步进电机步进电机的驱动采用ULN2003，接到单片机的~，如图步进电机驱动和单片机连线图。
正反转显示灯和报警灯铃4．5温度传感器模块/】5.软件设计主程序流程图所示如下：'6. 调试Proteus仿真软件Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB 等多种编译器。
调试步骤及方法本电路经调试符合题目要求，各项技术指标均达到设计的目的。
具体操作控制方法如下：1、当电机按下启动按钮时，步进电机根据制定默认状态开始转动；2、当电机按下停止按钮时，步进电机停止转动；{3、当电机按下正转按钮时，步进电机正转；4、当电机按下反转按钮时，步进电机反转；5﹑当电机按下步数按钮时，步进电机根据步数实现转动>7．技术小结为期一周的单片机课程设计在忙碌中已接近尾声，经过这么多天的努力，终于完成了这次课程设计基本设计要求，在充实中也学到了很多知识，是真正将所学知识运用于实践中的一次很好的体验，使人受益匪浅。
由于此次控制要求不是很高，选用51系列80C51。
接下来就是硬件接口分配问题和如何去驱动电机。
对于步进电机之前没有什么接触，所以我上网查了许多关于步进电机的资料，知道了其基本工作原理以及怎么去实现其控制运转和驱动。
接下来的主要问题就是如何编程去实现控制它了，这次程序的编写和调试对我来说是个不小的挑战，因为之前只编写过一些简短的小程序，对较大的程序总体性方面还不能很好的把握。
经过反复的尝试和调试，用发现一个问题，解决一个问题的方法，还参考了一些别人的经验方法，完成了程序的编写。
这对我以后编写程序是一次很好的经验积累。
通过这次课程设计，我也了解到了自己的不足，以前自己学习单片机的时候，往往只去看懂别人写的程序，以为看懂了自己就知道写了，但事实并不是这样，虽然这次课程设计程序是完成了，但棘手的地方很多，编程并不像以前认为的简单。
所以在以后的学习中，不能手高眼低，一定要脚踏实地，一步步地走，自己动手去做，这样才能将知识真正学到手。
这次课程设计能得以顺利完成，还要感谢毛老师的指导，感受很深，是一次很好的经验积累和设计经历。
8 参考文献1.张毅刚编著，《单片机原理及应用》高等教育出版社，2010。
2.楼然苗等编著，《51系列单片机设计实例》北京航空航天大学出版社，2006。
3.汪道辉编著，《单片机系统设计与实践》电子工业出版社2005。
4．谭浩强编著，《C程序设计（第三版）》清华大学出版社2005。
5．王港元编著，《电工电子实践指导》江西科学技术出版社2008。
）6．周润景编著，《PROTEUS入门实用教程》机械工业出版社2011。