步进电机加减速定位控制系统
步进电机控制系统原理
步进电机控制系统原理步进电机控制系统的原理是控制步进电机运动，使其按照既定的速度和步长进行转动。
步进电机是一种特殊的电机，它通过控制输入的脉冲信号来驱动转子旋转一定的角度，步进电机每接收到一个脉冲信号，转子就会转动一定的角度，因此可以精确控制电机的位置和速度。
控制器是步进电机控制系统的核心部分，它通过软件算法生成脉冲信号来控制步进电机转动。
脉冲信号的频率和脉宽可以调节，频率决定步进电机转动的速度，脉宽决定步进电机转动的步长。
通常采用微处理器作为控制器，通过编程来控制脉冲信号的生成。
驱动器是将控制器产生的脉冲信号转换为电流信号，驱动步进电机转动。
驱动器通常由一个或多个功率晶体管组成，通过开关控制来产生恰当的电流信号。
驱动器还可以采用电流反馈回路来实现闭环控制，提高步进电机的控制精度。
步进电机是根据驱动器的电流信号转动的执行部件，它通过电磁力和磁场相互作用来实现转动。
步进电机根据控制器产生的脉冲信号确定转动的角度和速度。
步进电机一般由定子和转子组成，定子上有若干个电磁线圈，转子上有若干个永磁体。
当驱动器给定一个电流信号时，电流通过定子线圈产生磁场，与转子上的永磁体相互作用，使转子转动一定的角度。
当驱动器改变电流信号时，磁场方向改变，转子转动的角度和方向也会改变。
步进电机控制系统的原理就是通过控制器产生脉冲信号，驱动器将脉冲信号转换为电流信号，通过电流信号驱动步进电机转动。
控制器根据需要调整脉冲信号的频率和脉宽，从而控制步进电机的转动速度和步长。
驱动器根据电流信号的大小和方向控制步进电机的转动角度和方向。
步进电机根据电磁力和磁场相互作用来实现转动。
通过调节脉冲信号的频率和脉宽，可以实现对步进电机的精确控制。
基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统设计
基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统设计一、引言在现代自动化控制系统中，步进电机广泛应用于各种精密定位和定量控制需求的场景。
步进电机的控制涉及到位置的精确定位和稳定性的维持，这就需要一个有效的闭环控制系统来实现。
PID控制器被广泛应用于步进电机的闭环控制系统设计中，本文将探讨基于PID控制的步进电机位置闭环控制系统的设计原理和实现方法。
二、步进电机简介步进电机是一种特殊的直流电动机，通过控制脉冲信号的频率和顺序来实现精确控制。
步进电机的圆周分为若干等角度的步进角，每个步进角对应一个旋转角度，这使得步进电机在控制方面更加便捷和精确。
由于步进电机无需传感器反馈，因此常用于定量控制和精确位置控制的场合。
三、PID控制器原理PID控制器是一种经典的闭环控制器，其由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个部分组成。
比例控制决定输出与偏差的比例关系，积分控制消除系统稳态误差和提高系统的响应速度，微分控制用于抑制系统对于负荷变化的敏感性。
PID控制器采用反馈控制策略，利用实际输出和期望输出之间的偏差来调整控制量。
四、步进电机位置闭环控制系统设计步进电机的位置闭环控制系统设计基于PID控制器。
首先，需要传感器来获得实际位置信息，然后与期望位置进行比较以获取偏差。
接下来，将偏差作为输入，经过PID控制器计算出控制量，并输出给步进电机驱动器。
步进电机驱动器根据控制量控制步进电机的旋转，从而实现位置的精确控制。
五、传感器选择为了获取步进电机的实际位置信息，需要选择合适的传感器。
常用的传感器包括光电编码器和霍尔传感器。
光电编码器具有高精度和高分辨率的特点，但价格较高；霍尔传感器则具有较低的价格和较高的可靠性，但分辨率较低。
根据具体需求和预算可选择合适的传感器。
六、PID参数调整PID控制器的性能很大程度上取决于参数的选择。
比例参数决定了响应的速度和稳定性，过大的比例参数会导致系统震荡，过小则导致响应速度慢；积分参数消除稳态误差，过大的积分参数会导致系统震荡，过小则无法消除稳态误差；微分参数能够抑制系统对负荷变化的敏感性，过大的微分参数会导致系统噪声，过小则无法起到抑制作用。
步进电机定位控制
02
反应式步进电机
03
混合式步进电机
转子为软磁材料，结构简单、步 矩角小、精度较高，但动态性能 较差。
结合了永磁式和反应式的优点， 具有较高的精度和动态性能，但 结构复杂、成本较高。
步进电机的主要应用领域
01 数控机床：用于工件的精确加工和定位。
02 机器人：用于机器人的关节驱动和定位控 制。
03
自动化生产线：用于自动化生产线的物料 搬运和定位控制。
04
打印机、复印机等办公设备：用于纸张的 进给和定位控制。
02
CHAPTER
步进电机定位控制系统
定位控制系统的基本组成
控制器
用于接收输入的定位指令，并按照控制算法 生成驱动脉冲信号。
驱动器
将控制器输出的脉冲信号放大，驱动步进电 机转动。
步进电机
步进电机定位控制的软件实现
软件实现概述
软件实现是实现步进电机定位控制的 重要组成部分，主要包括脉冲发生、 运动控制和通信等功能。
脉冲发生
根据控制算法输出的控制信号，生成 相应的脉冲信号，驱动步进电机运动。
运动控制
实时监测步进电机的运动状态，根据 反馈信息调整控制信号，确保电机按 照预定轨迹运动。
通信功能
工作原理：步进电机内部通常由一组带有齿槽的转子构成，定子上有多相励磁绕组。当给定一个脉冲信号时，定子上的励磁 绕组会按一定的顺序通电，从而在转子上产生一个磁极，该磁极与定子上的齿槽对齐时，转子会转动一个步进角。步进角的 大小取决于转子的齿数和通电的相数。
步进电机的种类与特点
01
永磁式步进电机
结构简单、成本低、步矩角大， 但精度较低。
接受驱动器发出的脉冲信号，按照设定的步 数和方向转动。
c语言实现单片机控制步进电机加减速源程序
C 语言实现单片机控制步进电机加减速源程序1. 引言在现代工业控制系统中，步进电机作为一种常见的执行元件，广泛应用于各种自动化设备中。
而作为一种常见的嵌入式软件开发语言，C 语言在单片机控制步进电机的加减速过程中具有重要的作用。
本文将从单片机控制步进电机的加减速原理入手，结合 C 语言的编程技巧，介绍如何实现单片机控制步进电机的加减速源程序。
2. 单片机控制步进电机的加减速原理步进电机是一种能够精确控制角度的电机，它通过控制每个步骤的脉冲数来实现旋转。
在单片机控制步进电机的加减速过程中，需要考虑步进电机的加速阶段、匀速阶段和减速阶段。
在加速阶段，需要逐渐增加脉冲的频率，使步进电机的转速逐渐增加；在匀速阶段，需要保持恒定的脉冲频率，使步进电机以匀速旋转；在减速阶段，需要逐渐减小脉冲的频率，使步进电机的转速逐渐减小。
这一过程需要通过单片机的定时器和输出控制来实现。
3. C 语言实现步进电机加减速的源程序在 C 语言中，可以通过操作单片机的 GPIO 来控制步进电机的旋转。
在编写源程序时，需要使用单片机的定时器模块来生成脉冲信号，以控制步进电机的旋转角度和速度。
以下是一个简单的 C 语言源程序，用于实现步进电机的加减速控制：```c#include <reg52.h>void main() {// 初始化定时器// 设置脉冲频率，控制步进电机的加减速过程// 控制步进电机的方向// 控制步进电机的启停}```4. 总结与回顾通过本文的介绍，我们了解了单片机控制步进电机的加减速原理和 C 语言实现步进电机加减速源程序的基本思路。
掌握这些知识之后，我们可以更灵活地应用在实际的嵌入式系统开发中。
在实际项目中，我们还可以根据具体的步进电机型号和控制要求，进一步优化 C 语言源程序，实现更加精准和稳定的步进电机控制。
希望本文能为读者在单片机控制步进电机方面的学习和应用提供一定的帮助。
5. 个人观点与理解在我看来，掌握 C 语言实现单片机控制步进电机加减速源程序的技术是非常重要的。
S7—200PLC的PTO在步进电机位置控制中的应用
S7—200PLC的PTO在步进电机位置控制中的应用研究了高速脉冲串输出在步进电机位置控制中的应用，包括应用PLS指令、MAP指令库及位置控制指令向导等方法。
给出了系统构成，说明了各种方法的应用。
对步进电机的位置控制有实际意义。
标签：S7-200；步进电机；位置控制；PTO；MAP；PLS引言作为自动控制系统中的执行元件，步进电机的应用十分广泛，主要原因是步进电机有很多优点，其中它的控制方法比较简单。
步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数。
可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，进行调速；可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，进行准确定位。
控制步进电机的方法较多，目前流行的是采用PLC通过步进电机驱动器来控制步进电机。
为了配合步进电机的控制，许多PLC都内置脉冲输出功能，并设置了相应的控制指令，可以很好地对步进电机进行控制。
为了实现对步进电机的开环定位控制，可以通过PLC控制输出脉冲来实现。
本文应用SIEMENS公司S7-200PLC来控制步进电机。
SIEMENS公司S7-200PLC 主要提供了以下几种方式的开环定位控制：脉冲串输出（PTO）、EM253位控模块、自由口通信等。
文章主要探讨PTO这种方式。
1 步进电机位置控制系统1.1 硬件系统步进电机位置控制系统由PLC、步进电机驱动器、步进电机和丝杠组成。
系统选择的PLC为SIEMENS公司CPU226DC/DC/DC型。
選用的步进电机是42H2P4812A4的两相混合式步进电机，该型号的步进电机步矩角为1.8°，相电流1.2A，静转矩4.5kg·cm，额定转速400rmp。
选用的驱动器型号为2MA320，该驱动器的供电电压DC12-36V ，驱动电流0.3-2.0A，细分精度1-128细分，可驱动任何2.0A相电流以下两相、四相混合式步进电机。
由于上述步进电机的相电流为1.2A，驱动器的SW1-SW3分别设置为：ON、OFF、OFF，即输出峰值电流为1.5A，SW5-SW7分别设置为ON、ON、ON，即细分设定为200步/圈。
基于51单片机的步进电机控制系统设计
基于51单片机的步进电机控制系统设计步进电机是一种特殊的直流电动机，具有定角度、定位置、高精度等特点，在许多领域得到广泛应用，如机械装置、仪器设备、医疗设备等。
本文将基于51单片机设计一个步进电机控制系统，主要包括硬件设计和软件设计两部分。
一、硬件设计步进电机控制系统的硬件设计主要包括51单片机、外部电源、步进电机驱动模块、以及其他辅助电路。
1.51单片机选择由于步进电机控制需要执行复杂的算法和时序控制，所以需要一个性能较高的单片机。
本设计选择51单片机作为主控芯片，因为51单片机具有丰富的外设接口、强大的计算能力和丰富的资源。
2.外部电源步进电机需要较高的电流供给，因此外部电源选择稳定的直流电源，能够提供足够的电流供电。
电源电压和电流的大小需要根据具体的步进电机来确定。
3.步进电机驱动模块步进电机驱动模块是连接步进电机和51单片机的关键部分，它负责将51单片机输出的脉冲信号转化为对步进电机的驱动信号，控制步进电机准确转动。
常用的步进电机驱动芯片有L297、ULN2003等。
4.其他辅助电路为了保证步进电机控制系统的稳定运行，还需要一些辅助电路，如限流电路、电源滤波电路、保护电路等。
这些电路的设计需要根据具体的应用来确定。
二、软件设计1.系统初始化系统初始化主要包括对51单片机进行外部中断、定时器、串口和IO 口等初始化设置。
根据实际需求还可以进行其他模块的初始化设置。
2.步进电机驱动程序步进电机的驱动程序主要通过脉冲信号来控制电机的转动。
脉冲信号的频率和脉冲宽度决定了电机的转速和运行方向。
脉冲信号可以通过定时器产生，也可以通过外部中断产生。
3.运动控制算法步进电机的运动控制可以采用开环控制或闭环控制。
开环控制简单，但无法保证运动的准确性和稳定性；闭环控制通过对电机转动的反馈信号进行处理来调整脉冲信号的生成，从而实现精确的运动控制。
4.其他功能设计根据具体的应用需求，可以加入其他功能设计，如速度控制、位置控制、加速度控制等。
步进电机的速度控制专题
《步进电机速度控制专题》姓名:学号：班级：09级机械一班步进电机的速度控制步进电机区别于其他控制用途电机的最大特点是，它可接受数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位移，因而本身就是一个完成数字模拟转化的执行元件。
而且它能进行开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量。
这样的增量位置控制系统与传统的直流伺服系统相比，其成本明显降低，几乎不必进行系统调整。
因此，步进电机广泛应用于数控机床、机器人、遥控、航天等领域，特别是微型计算机和微电子技术的发展，使步进电机获得更为广泛的应用。
步进电机的速度特性步进电机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数。
其角速度与脉冲频率成正比，而且在时间上与脉冲同步。
因而在转子齿数和运行拍数一定的情况下，只要控制脉冲频率即可获得所需速度。
由于步进电机是借助它的同步转矩而启动的，为了不发生失步，启动频率是不高的。
特别是随着功率的增加，转子直径增大，惯量增大，启动频率和最高运行频率可能相差10倍之多。
为了充分发挥电机的快速性能，通常使电机在低于启动频率下启动，然后逐步增加脉冲频率直到所希望的速度，所选择的变化速率要保证电机不发生失步，并尽量缩短启动加速时间。
为了保证电机的定位精度，在停止以前必须使电机从最高速度逐步减小脉冲率降到能够停止的速度（等于或稍大于启动速度）。
因此，步进电机拖动负载高速移动一定距离并精确定位时，一般来说都应包括“启动－加速－高速运行（匀速）－减速－停止”五个阶段，速度特性通常为梯形，如果移动的距离很短则为三角形速度特性示。
步进电机控制系统结构PC机在适当的时刻通过对硬件控制电路上的8253计数器0赋初值，设置好加减速过程的频率变化（即速度、加速度变化），以防止失步。
例如，在点位控制中设置好速度曲线图，在起动和升速时，使步进电机产生足够的转矩驱动负载，跟上规定的速度和加速度；在减速时，下降特性使负载不产生过冲，停止在规定的位置。
步进电机定位控制系统的设计
步进电机定位控制系统的设计作者：王雁平来源：《现代电子技术》2010年第18期摘要: 系统基于51单片机控制,以FPGA芯片来实现驱动,步进电机的脉冲分配作为核心电路加以必要的数字模拟辅助电路,形成一个4相8拍步进电机定位控制系统。
该系统完成了步进电机的正确脉冲分配并实现了步进电机的方向调节、速度调节及定位控制等功能,由于单片机控制模块的使用使得FPGA驱动模块对步进电机的定位控制更加方便,对步进电机的速度控制精度很高,并且更加准确。
关键词:步进电机; 定位控制; FPGA;脉冲分配中图分类号:TN919-34文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)18-0205-03Design of Stepper Motor Positioning Control SystemWANG Yan-ping(Automation Institute, Xi’an University of Posts and Telecommunication, Xi’an 710061, China)Abstract: A 4-phase 8-step stepper motor positioning control system is established based on 51 MCU, whose driver is achieved by adopting FPGA, and pulse allocating of stepper motor is used as kernel circuit supported with necessary digital analog circuit. This system can implement smoothly correct pulse allocating and can adjust the direction of stepper motor, speed and position, etc. Using the MCU control, the FPGA driven module can advance speed control accuracy.Keywords: stepper motor; positioning control; FPGA; pulse allocating0 引言步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
步进电机控制系统浅析
步进电机控制系统浅析步进电机是由磁力作用产生旋转的一类电动机，相较于直流电机及交流电机，步进电机具有精度高、静止力矩大、转速稳定等特点，在现代工业生产中得到了广泛的应用。
本文主要介绍了步进电机控制系统的组成和工作原理。
1.组成部分步进电机控制系统由以下几部分组成。
(1)中央处理器(CPU)：负责处理电机运转的控制算法，并控制外设驱动器以实现电机的正反转、速度、位置控制等。
(2)电机驱动器：它是电机与控制系统之间的媒介，将中央处理器输出的控制信号转化成足够大的电流和电压，驱动步进电机运转。
(3)位置检测器：用于反馈电机的位置信息，使控制系统能够掌握电机当前位置，并进行相应的运动控制。
2.工作原理步进电机的控制原理非常简单，即让电机依次从一个固定位置加减一定角度，轮流进行，从而实现旋转。
这个固定角度，即为步距角，其大小通常为1.8度或0.9度，不同的角度代表功率不同。
主要有两种控制方式。
(1)开环控制：是通过预先设计好的脉冲信号驱动电机旋转，不考虑电机的位置问题，没有位置反馈装置。
这种方式的优点是结构简单，控制逻辑容易实现，但具有一定的缺陷，如运动误差大、定位不准确等问题，适用于较为简单的控制任务。
(2)闭环控制：是依靠位置检测器进行反馈，将电机的实时位置信息反馈到控制系统中，从而进行控制。
这种方式的优点是精度高、定位准确，但是控制逻辑相对复杂、成本略高。
在精度要求较高、控制任务复杂的情况下，使用闭环控制是明智之选。
总之，步进电机控制系统是由中央处理器、电机驱动器、位置检测器等部分构成，控制原理简单，主要有开环控制和闭环控制两种方式。
不同的控制方式能够满足不同的控制要求，应该根据具体情况进行选择。
基于FPGA的步进电机定位控制系统设计
况下 ， 改变 设 备 的功 能 ｌ ．在 实 时 性 和 灵 活 性 等 性 能 上 ｌ 都 有 很 大 的 提 高 ， 利 于 步进 电机 的运 动 控 制 ． 有
２ 步进 电机 工 作 原 理
步进 电动 机 是 纯 粹 的数 字 控 制 电 动机 ， 将 电 脉 冲 信 是
依次类推 ， Ｂ、 Ｄ四相 绕组 轮 流供 电 ， 转子 会沿 着 Ａ、 Ｃ、 则 Ａ、 Ｃ、 Ｂ、 Ｄ方 向转动 ．四相步进 电机按照通 电顺序的不同 ，
收 稿 日期 Ｏ ０ ｌ—２ ２ １一 ０ ８
作者简 介： 张营（ ９６一） 男 ， １７ ， 山东滨州人 ， 济宁学 院物理与信息工程系讲师 ， 博士 ， 研究方向 ： 电系统 数字化与信息化 ；嵌人式机 电系 机
统．
一
２ — ４
可分为单 四拍 、 四拍 、 双 八拍 三种工作方式
４ 控制程序与系统仿真
３ 系统设计
在 Ｑ ａｔｓＩ 环 境 中 用 Ｖ ｒｏ ｕｒ Ｉ ｕ ｅｉ ｇ语 言 实 现 了 系 统 设 计 ｌ
号 转 换 成 角 位 移 的 执 行 元 件 ， 输 入 一 个 脉 冲 信 号 ， 进 即 步 电动 机 就 转 动 ～ 个 角 度 ， 之 为 步 进 角 ， 转 子 的 转 角 与 称 其
输入 的电脉冲数成正 比 ， 其转速与输入的电脉 冲频 率成 正 比， 电动机的旋转方向则由脉冲的分配顺 序决定 ． 而 图１ 所示 四相反应式步进电机工作原理示 意图 ．
．
采 用 Ｖ ｒｏ 语 言 和 Ｆ Ｇ 的优 点在 于 ： ｅｌ ｉｇ ＰＡ
毕业设计-基于C51单片机的步进电机控制系统设计
摘要本设计中首先介绍了步进电机的工作原理、控制特点和运行状态，然后给出了步进电机的单片机控制系统的总体设计方案。
在这个控制系统中，单片机选用AT89C51，其作为控制核心，担负着产生脉冲，发送、接受控制命令等任务；脉冲分配采用硬件方法，由8713接收到单片机的控制信号后产生相应的控制脉冲，避免了软件法在不停地产生脉冲时占用的时间；采用单电压驱动的方法驱动电机带动负载运行；利用键盘、显示专用芯片8279能够以较简单的硬件电路和较少的软件开销实现微型机与键盘和LED显示器接口。
本设计最后详细介绍了硬件部分和软件部分的实现方法。
关键词：单片机；步进电机；速度控制;ZLG7290;显示器AbstractThe design introduces the working principle of stepper motor, control features and operations, and then gives the stepper motor microcontroller control system design programs. In this control system, the SCM selecting AT89C51, the control center of the shoulder produces pulses, sending, receiving control commands and other tasks; pulse distribution method using hardware from the 8713 chip control signals received resulting from the corresponding control pulse, to avoid software method to generate pulses in constant time occupied; adopt a single voltage-driven approach drive motor to drive the load operation; use of keyboard, display 8279 can be dedicated to simple hardware and less software overhead to achieve keyboard and LED display interface. Finally introduce the hardware and software implementation methods in detail.Key words: SCM; stepper motor; speed control；ZLG7290;display；目录摘要 (I)Abstract .................................................... I I 第一章绪论. (1)1.1步进电机概述 (1)1.2课题研究的主要内容 (2)1.2.1研究内容 (2)1.2.2论文安排 (2)第二章步进电机控制系统设计方案 (3)2.1步进电机的系统 (3)2.2步进电机的失步现象 (5)2.3步进电机控制系统的组成 (6)2.4系统的控制过程 (7)第三章步进电机控制系统硬件部分 (9)3.1硬件电路图 (9)3.2采用51系列单片机AT89C51作为控制器 (10)3.2.1 AT89C51的主要性能 (10)3.2.2 AT89C51引脚功能说明 (10)3.3步进电机的驱动电路 (15)3.4 LED显示电路 (16)3.4.1 LED显示器的结构原理 (16)3.4.2 LED显示接口 (18)3.5可编程键盘/显示控制器ZLG7290电路工作原理 (19)3.5.1 ZLG7290概述 (19)3.5.2管脚、引线与功能 (21)3.5.3 ZLG7290键盘、显示接口电路设计 (24)3.6脉冲分配 (26)第四章步进电机控制系统软件部分 (30)4.1定时器中断服务 (30)4.1.1定时器初值 (30)4.1.2定时器中断服务子程序 (31)4.2 速度控制 (31)第五章总结 (35)致谢 (36)参考文献 (37)附录 (38)第一章绪论本章将简要介绍步进电机的发展过程、步进电机在日常生活中的广泛应用、步进电机作为数字控制电动机的主要特点以及本次研究的主要内容和论文安排。
电机控制与拖动-第6章-控制电机及其控制系统 - 6.4 步进电动机
（2）多段式：又称为轴向分相式。按其磁路特点又可分为轴 向磁路多段式和径向磁路多段式两种。 ①轴向磁路多段式：定转子均沿 电机轴向按相数分段，每一组 定子铁芯中放置一相环形的控 制绕组。定转子圆周上冲有齿 形相近和齿数相同的均布小齿。 定子（或转子）铁芯每两相邻 段错开1/m齿距。优点是使定 子空间利用率好，环形控制绕 组绕制方便，转子的惯量较低， 步距角可以做得较小，起动和 运行频率较高。但是铁芯分段 和错位工艺较复杂，精度不易 保证。
（1）单脉冲运行 ① 定义 步进电动机的单脉冲运行是指电动机仅仅 改变一次通电状态时的运行方式。
27
② 动稳定区 步进电动机从一种通电状态切换到另一种通 电状态时，不致引起失步的区域。无负载时 为图中的ab区域。切换时失调角为：
( se ) ( se )
r
28
③ 裕量角：动稳定区边界a点到初始位置平衡 点O0的区域称为裕量角。
反转则为：AC-CB-BA-AC
9
3. 步距角：步进电动机每一拍转子所转过的角度。它的大小 是由转子的齿数、控制绕组的相数和通电方式所决定的。
360 其中：m为相数，Zr为齿数，C为通电方式系数。 s mZ r C
若为单拍或双拍方式，则为1，若为单、双方式，则为2。 4. 电机转速
60 f 其中：f 为脉冲频率。 mZ r C 5. 定子的相数：若需要更小的步距角，则可以用增大相数的 方法来实现，但是太多的相数会使电机转速减慢，同时也 使得电源更为复杂，造价也越高。一般步进电机的相数最 多到六相，只有极个别的特殊电机才作成更多相的。 n
驱动电源的基本部分包括变频信号源、脉冲分配 器和脉冲功率放大器三个部分。
37
分类：
（1）按步进电动机容量大小：功率步进电动机驱动 电源和伺服步进电动机驱动电源。
步进电机控制系统的设计
步进电机控制系统的设计
步进电机控制系统是一种常见的电机控制系统，用于控制步进电机的速度和方向。
设计步进电机控制系统需要考虑以下几个方面：
1. 选择合适的步进电机：根据应用场景，选择适合的步进电机型号和规格。
根据步进电机的电阻、电感等参数，计算出合适的电流和电压。
2. 选择合适的驱动器：根据步进电机的规格和控制要求，选择适合的驱动器型号。
常见的驱动器有常流驱动器和常压驱动器两种。
常流驱动器适用于控制步进电机的转速和保证输出力矩的精度；常压驱动器适用于控制步进电机的位置和运动精度。
3. 设计控制电路：根据步进电机的控制要求，设计相应的控制电路，包括信号输入电路、脉冲控制电路和电源电路。
根据实际需求，可以选择使用微控制器、PLC或者其他控制器实现控制。
4. 编写控制程序：根据实际控制要求，编写相应的控制程序。
程序可以使用各种高级语言编写，如C语言、Python等。
5. 测试和调试：完成步进电机控制系统的设计后，需要进行测试和调试。
测试包括电路测试和控制程序测试。
进行测试时需要注意安全，避免电路短路、过载等问题。
在调试过程中，需要根据测试结果进行调整优化，直到达到预期的控制效果。
总之，步进电机控制系统的设计需要充分考虑电机的规格和控制要求，选择合适的驱动器和控制器，设计合适的控制电路和编写适合的控制程序，并进行充分的测试和调试。
7.2 步进电机及其驱动控制系统
C N C 主要内容7.2 步进电机及其驱动控制系统主要内容：•步进电机的原理；•主要性能参数；•步进驱动的特点；•驱动控制：环形分配器，功放电路。
要求：在掌握原理基础上，注重围绕应用了解各型电机的特点、性能参数、功放电路。
主要内容定义：步进电机是一种脉冲控制的执行元件，将电脉冲转化为角位移。
每给步进电机输入一个脉冲，其转轴就转过一个角度，称为步距角。
✓脉冲数量----位移量；✓脉冲频率----电机转速；✓脉冲相序----方向。
组成：由步进电机驱动电源和步进电机组成，没有反馈环节，属于开环位置控制系统。
7.2.1 步进电机概述主要内容优点：结构简单，价格便宜，工作可靠；缺点：–容易失步（尤其在高速、大负载时），影响定位精度；–在低速时容易产生振动；–细分技术的应用，明显提高了定位精度，降低了低速振动。
应用：要求一般的开环伺服驱动系统，如经济型数控机床、和电加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。
步进电动机的分类按运动方式分：旋转式、直线运动式、平面运动式和滚切运动式。
按工作原理分：反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、混合式。
按结构分：单段式(径向式)、多段式(轴向式)，印刷绕组式。
按相数分：三相、四相、五相、六相和八相等。
按使用频率分：高频步进电动机和低频步进电动机。
(1) 反应式步进电动机极与极之间的夹角为60°，每个定子磁极上均匀分布了五个齿，齿槽距相等，齿距角为9°。
转子铁心上无绕组，只有均匀分布的40个齿，齿槽距相等，齿距角为360°/40＝9°。
单段式的结构：三相反应式步进电动机。
定子铁心上有六个均匀分布的磁极，沿直径相对两个极上的线圈串联，构成一相励磁绕组。
特点：转子无绕组，定转子开小齿、步距小；应用最广。
7.2 步进电机及其驱动控制系统C N C(2) 永磁式步进电动机工作原理：转子或定子一方具有永久磁钢，另一方有软磁材料制成，由绕组轮流通电产生的磁场与永久磁钢相互作用，产生转矩是转子转动。
基于ATMEGA128单片机的步进电机加减速控制系统的设计
２ ． ２ 加减 速曲线
当 步进 电机 的运行频 率 比它本 身 的启 动频 率 大 时 ， 若直 接
一
由于 其稳 定性很 高 ， 在 该 系统 的设 计 中将采 用其 作 为控制 芯片 。
由于 其 先进 的指 令集 以及 单 周 期指 令 执行 时 间 ， 从而 可 以缓解 系统 在功耗 和处理 速度 之间 的矛盾 。 Ａ Ｔ Ｍ Ｅ Ｇ Ａ １ ２ ８内核 的 ３ ２个通 用 工作 寄存 器和 指令 集是 比较 丰 富 的 。所 有 的寄 存器 都 直接 与 运 算逻 辑 单元 交 换数 据 ， 在 一个 时钟 周 期 内一条 指 令 可 以同 时访 问 到两 个独 立 的 寄存器 ， 大大 提 高 了代 码效率和 数据 吞吐 量 。 １ ３ 系统 功能分析
误差。
速度 等 参 数 ， 然 后保 存这 些 参 数 。然 后 启动 单片 机 的 定时 器 ， 采用 Ｃ Ｔ Ｃ方 式 ， 根 据 速度 曲线 定 时 器产 生 中断 ， 调 用 中 断函数 发送 脉 冲 式步 进 电机运 动 。在 中断 函数 中 ， 会 计 算定 时器 需要 的 比较 参 数进 而产 生发送 脉 冲 的频 率 。在 电机 加 速阶 段 和减速 阶 段 ，电机 每 一步 运行发 送 的 脉冲 间 隔都 必须 被 计算 出并且送
Ｐ
＆ Ｄ
基于ＡＴ ＭＥ ＧＡ１ ２ ８ 单 片机 的步进 电机加减速 控制系统 的设计
王建敏 ， 魏海 波 （ 江 西科 技师范 大学通 信与 电子 学院 ， 江 西南 昌 ３ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要 相应 的控 制 电路 和有 效 的加减速 算 法对 于提 升 步进 电机 的整体 性 能是非常 重要 的。基 于 Ａ Ｔ Ｍ Ｅ Ｇ Ａ １ ２ ８ 单 片机 的 控 制 电路 ， 具有 电路 简单 ， 低 功耗 ，高稳 定性 和很 好 的 实时控 制性 等优 点 。文章提 出一 种基 于 ｓ曲线的加 减 速算 法 ， 使 步进 电机 的有效控 制 性能 进一 步提升 。 关键词 步进 电机 ；实时控 制 ； 加 减速 ； 定 时器 中断 ； Ａ Ｔ Ｍ Ｅ Ｇ Ａ １ ２ ８ 中图 分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ 文 献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ ｌ ＿ ７ ５ ９ ７（ ２ ０ １ ３ ）１ ７ － ０ ０ ３ ０ — ０ ２
步进电机控制系统设计
步进电机控制系统设计目录1绪论 (3)1.1 步进电机概述 (3)1.2 步进电机的特征 (3)1.3 步进电机驱动系统概述 (4)1.4 课题研究的主要内容 (4)2步进电机驱动系统的方案论证 (5)2.1 步进电机驱动系统简介 (5)2.2 步进电机驱动器的特点 (5)2.3 混合式步进电机的驱动电路分类和性能比较 (6)2.3.1 双极性驱动器与单极性驱动器 (6)2.3.2 单电压驱动方式 (8)2.3.3 高低压驱动方式 (9)2.3.4 斩波恒流驱动 (10)2.4 方案的确定 (10)3混合式步进电动机驱动控制系统硬件设计 (11)3.1单片机最小系统 (11)3.2 红外遥控电路 (12)3.2.1 红外发射电路 (12)3.2.2 红外接收电路 (13)3.3 LCD显示电路 (14)3.4 双机通讯 (15)3.5 步进电机驱动部分 (16)3.5.1 单极性步进电机驱动 (16)3.5.2 双极性步进电机驱动 (18)3.6 电源电路 (18)4 软件设计 (19)4.1 主机LCD显示菜单程序 (19)4.2 双机通讯程序 (20)4.3 下位机步进电机驱动程序 (22)5 驱动器试验结果 (24)5.1 概述 (24)5.2 试验内容和结论 (24)总结 (26)参考文献 (27)1绪论1.1 步进电机概述步进电机是将电脉冲信号转换为角位移或线性运动的执行器。
它由步进电机及其动力驱动装置组成，形成开环定位运动系统。
当步进驱动器接收到脉冲信号时，它驱动步进电机以设定方向以固定角度（步进角度）旋转。
脉冲输入越多，电机旋转的角度越大;输入脉冲的频率越高，电机的速度越快。
因此，可以通过控制脉冲数来控制角位移，从而达到精确定位的目的;同时，通过控制脉冲频率可以控制电机转速，从而达到调速的目的。
根据自身结构，步进电机可分为三类：反应型（VR），永磁型（PM）和混合型（HB）。
混合式步进电机具有无功和永磁两种优点，应用越来越广泛。
步进电机控制系统设计
步进电机控制系统设计花同【摘要】基于步进电机原理和单片机控制技术,进行了步进电机控制系统的硬件和软件设计。
系统采用离散方法实现了精确控制步进电机的目的。
单片机采用STC12C5624AD。
在单片机与步进电机之间选用SH2034M型号步进电机驱动器。
并在步进电机的转子上安装了霍尔位置传感器实现了步进电机控制系统的闭环控制。
在软件上给出了步进电机加减速速度控制算法流程图。
实验表明所设计的控制系统具有控制精度高,稳定性好等优点,可应用于无人机器人系统中。
%Based on the stepping motor principle and single-chip microcomputer control technology,hardware and software of the stepping motor control system have been designed.System uses discrete method realizing purpose of the precise control of stepping motor.Microcontroller usesSTC12C5624AD.Step-motor drive chooses SH2034M model between the microcontroller and step-motor.Hall position sensor is installed in the stepping motor rotor realizing the stepping motor control system of closed-loop control.The software is presented on deceleration stepper motor speed control algorithm flow chart.Experiments show that the design of control system has the high control accuracy,good stabilityetc,and can be applied into unmanned robot system.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2011(019)015【总页数】3页(P13-15)【关键词】单片机;细分驱动;升降速;离散控制【作者】花同【作者单位】武警工程学院研究生37队,陕西西安710086【正文语种】中文【中图分类】TP273步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移（或线位移）的电磁机械装置[1]。
毕业设计：基于STC89C52单片机的步进电机控制系统设计与实现
唐山学院毕业设计设计题目：基于STC89C52单片机的步进电机控制系统设计与实现系别：信息工程系班级：姓名：指导教师：2013年6月10 日基于单片机的步进电机控制系统设计与实现摘要步进电机是一种纯粹的数字控制电动机，是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机，是现代定位驱动装置的核心，广泛应用在机械、电力、纺织、电子、仪表、印刷以及航空航天、船舶、兵器等国防工业等领域。
基于单片机的步进电机控制系统具有稳定度高、成本低、控制方便、应用范围广等特点。
本系统是由STC89C52单片机核心处理模块，遥控器命令输入模块，ULN2003及28BYJ-48步进电机组成的电机模块，12864液晶输出模块共同组成的基于单片机的步进电机控制系统。
本设计以载波为38KHZ的红外遥控器作为用户的控制端，它的功能是把用户的命令转换为红外信号。
红外信号由TL1838接收，它可以将光信号转换为电信号，并将其发送给微控制器STC89C52。
STC89C52对电信号进行相应处理即可获得用户所发出的指令，并依此来控制28BYJ48型四相八拍电机并以12864液晶作为当前状态的显示器。
用户可以对步进电机进行加速、减速、正转、反转的控制。
本步进电机控制系统具有精度高、运行稳定、控制方便、维护简单、应用范围广等特点。
关键词：STC89C52 12864液晶步进电机红外遥控Design and Implementation of Stepper Motor Control System Based on MCUAbstractStepper motor is a kind of pure digital control motor and brushless dc motor controlled by electric pulse signal type. Stepper motor is the core of the modern orientation drive, widely used in machinery, electric power, textile, electronics, instruments, printing and aerospace, ships, weapons, and other areas of the defense industry, etc. The characteristics of the stepping motor control system based on single chip microcomputer include high stability, low cost, convenient control and wide application , etc.The stepper motor control system consists of core processor using the single chip processor, command input control module using IR remote control , display module using 12864 LCD and 28BYJ48 stepping motor module which using ULN2003 as driver.The infrared remote control with carrier for 38 KHZ is used as the control end of the user, which can convert the users’ commands into the infrared signal. The TL1838 can receive the infrared signal and convert it into electrical signal, which input to tSTC89C52.The MCU can obtain instructions of users by processing the incoming signal and control stepping motor of the 28BYJ48 type, the current status can be shown by 12864 LCD. Users could control acceleration, deceleration, forward, inversion for the stepping motor. The features of the control system of stepper motor includes high precision, stable running, convenient control and simple maintenance and wide application, etc.Key word:MCU; 12864 LCD; Stepper Motor; Infrared remote control目录1 引言 (1)2 总体设计方案 (2)2.1系统设计原理 (2)2.2总体设计框图 (2)3系统硬件模块的组成 (3)3.1单片机控制模块 (3)3.1.1 STC89C52主要结构 (3)3.1.2 STC89C52功能特性描述 (3)3.1.3 时钟电路 (6)错误！未定义书签。
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1 绪论1.1 课题描述随着电子技术，特别是随大规模集成电路的产生而出现的微型计算机技术的飞速发展，人类生活发生了根本性的改变。
如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。
目前，单片机以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、高可靠性、高性能价格比、开发较为容易，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走人家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。
因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。
本课题研究的内容就是以单片机为主要控制元件，通过控制脉冲信号来定位步进电机。
1.2 步进电机参数和特点1.2.1 基本参数1.电机固有步距角[8]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，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。
2.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°。
3. 保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。
1.2.2 步进电机的特点1．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
2．步进电机外表允许的最高温度。
步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
3．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
4．步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。
在有负载的情况下，启动频率应更低。
如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
步进电机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。
伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。
2 总体方案设计2.1 总体设计框图为了实现步进电机的加减速定位控制功能，设计采用的如图2.1的设计框图。
本设计系统采用开环控制，利用AT89C51单片机作为脉冲分配器，通过功率接口控制四相步进电机的加减速运行。
键盘模块控制步进电机的起动、加速、停止、以及定位等各项功能的选择。
LCD显示器上实时的显示步进电机的运行转速和定位功能时候步进电机运行的转速和总的转数。
89C51单片机系统是整个控制系统的核心，控制系统的各个模块协调工作并且充当步进电机运转时候的脉冲分配器。
图2.1总体设计框图2.2 控制系统芯片的选取2.2.1 单片机芯片的选取随着科学技术的发展，微型计算机技术日益发展，已经在许多领域得到了广泛的应用。
随着集成电路工艺的发展，出现了单片机、DSP,ARM等多种单片机。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案[6]。
51单片机虽然和DSP,ARM相比处理速度和运算速度上都比较慢，但它的体积小、质量轻、价格便宜，它的速度可以满足本次实验的要求，所以我们采用AT89C51这款单片机。
2.2.2 步进电机驱动芯片的原理及其引脚功能对于设计中的步进电机驱动器采用L298N驱动器。
L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所生产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。
L298N的内部逻辑图如2.3所示[1]。
图2.3 L298 内部逻辑图[3]双列直插式封装的L298N，共20个引脚，引脚图及其引脚功能如下图2.4所示。
图2.4 L298N引脚图[2]L298N驱动器的引脚功能如表2.1所示。
表2.1 L298引脚功能2.2.3 显示芯片的选取及其引脚功能对于显示模块选用LM016L液晶显示器。
LM016L液晶显示器（LCD）具有功耗低、体积小、质量轻、显示好的特点。
点阵字符型液晶显示器把LCD 控制器、点阵驱动器、字符存储器集成在一块印刷电路板上，构成便于应用的液晶模块。
这类液晶模块不仅可以显示数字、字符，还可以显示各种图形符号以及少量自定义符号，并且可以实现屏幕的上下左右滚动、文字的闪烁等功能。
LM016L 液晶模块采用HD44780 控制器。
HD44780 具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动、闪烁等功能。
图2.5 LM016L引脚图LM016L 与单片机MCU（Microcontroller Unit）通讯可采用8 位或者4 位并行传输两种方式。
LM016L 液晶模块的引脚功能见表2.2。
[6]表2.2 LM016L引脚功能表通过对HD44780 写入控制指令，HD44780 产生显示驱动信号来驱动LM016L。
HD44780的控制指令主要有：清除显示（Clear Display）、地址归位（Return Home）、输入模式设定（Entry Mode Set）、显示开/关控制（Display On/Off Control）、功能设定（Function Set）、设定CGRAM 的地址（Set CGRAM Address）、设定DDRAM 的地址（Set DDRAM Address）、写DDRAM/CGRAM（Write Date to DDRAM/CGRAM）、读忙标志和地址（Read Busy Flagand Address）以及从DDRAM 和CGRAM 中读数据（Read Date from DDRAM/CGRAM）。
3 硬件电路设计3.1 AT89C51单片机最小系统3.1.1 AT89C51单片机主要特性和功能特性主要特性：与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器全静态工作0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路3.1.2 AT89C51引脚分布图及管脚说明图3.1 89C51单片机引脚结构图由上图可知89C51单片机共有包括GND,VCC在内的40个引脚下面着重介绍几个重要的引脚。
P0口由一个输出锁存器，2个三态级输入缓冲器和输出驱动电路及控制电路组成。
P1口是一个准双向口，用作I/O口。
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P2口比P1口多了一个MUX开关和转换开关控制部分。
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
P3口是一个多功能端口。
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。
口管脚备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
3.1.3 单片机最小系统图AT89C51单片机在启动时都需要复位，使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初态开始工作。
单片机的最小系统如图3.2所示。
89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内部的斯密特触发器中的。
当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期），则CPU就可以响应并将系统复位。
上图为手动复位电路，通过接通一个按钮开关，使单片机进入复位状态。
AT89C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，反相放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2,两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。
电容器C1和C2通常取22pf左右，可稳定频率并对振荡频率有微调作用。
振荡脉冲频率范围为0~24MHz。
[4]图3.2 单片机最小系统3.2 步进电机加减速定位控制电路的单片机原理图步进电机加减速定位控制系统的单片机原理图如图3.3所示。
[5]图3.3 步进电机加减速定位系统的单片机原理图在图3.3中，U1为单片机芯片AT89C51，工作于11.0592MHz的时钟。
单片机的P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7引脚分别与输入键盘的定位、启动、加速、减速、停止、反转端口相对应。