AVR单片机的步进电机

基于AVR单片机的步进电机控制

组长: 王胜杰10005041

组员: 蒋轮11071050

组员: 杨少维38072128

组员: 冶西原38072130

班级：110716

基于AVR单片机的步进电机控制

摘要这篇文章主要是讲步进电动机的发展，国内的现状和步进电动机未来的发展前景。步进电机主要由采用AVR单片机作为主控单元，L298作为驱动芯片。详细介绍了本调速控制系统的工作原理、光电编码器接口电路、驱动接口电路和相应的各种控制软件设计。绘制了原理图和PCB板图，撰写了程序源代码。这期间主要使用protel99软件绘制原理图和制板。最后通过硬件的调试验证程序代码的实际功能，完成对控制器的设计。实验结果表明,设计的调速控制器具有良好的工作性能。

关键词 AVR单片机步进电动机控制器

目录

第一章、背景知识 (1)

1.1步进电机发展 (2)

1.2步进电机的应用前景 (2)

1.3设计内容 (3)

第二章、任务 (3)

2.1设计任务 (3)

2.2任务分工 (3)

第三章、单片机资源设置 (4)

3.1硬件设置 (4)

3.2 ICCA VR 向导对程序进行初始化 (5)

第四章、程序编写 (5)

4.1程序流程图 (5)

4.2源代码 (5)

第五章、实验结果 (13)

5.1调试过程 (13)

5.2实验现象 (13)

学习心得 (15)

参考文献................................................................................................................. 错误！未定义书签。

第一章、背景知识

1.1步进电机发展

步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。步进电动机的发展与计算机工业密切相关。自从步进电动机在计算机外设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动机的发展。

1.2步进电机的应用前景

当前最有发展前景的当属混合式步进电动机，而混合式电动机又向以下四个方免发展：

发展趋势之一，是继续沿着小型化的方向发展。随着电动机本身应用领域的拓宽以及各类整机的不断小型化，要求与之配套的电动机也必须越来越小，在57、42机座号的电动机应用了多年后，现在其机座号向39、35、30、25方向向下延伸。瑞士ESCAP 公司最近还研制出外径仅10mm的步进电动机。

发展趋势之二，是改圆形电动机为方形电动机。由于电动机采用方型结构，使得转子有可能设计得比圆形大，因而其力矩体积比将大为提高。同样机座号的电动机，方形的力矩比圆形的将提高30％～40％。

发展趋势之三，对电动机进行综合设计。即把转子位置传感器，减速齿轮等和电动机本体综合设计在一起，这样使其能方便地组成一个闭环系统，因而具有更加优越的控制性能。

发展趋势之四，向三相步进电机方向发展。目前广泛应用的二相和四相电动机，其振动和噪声较大，而三相步进电机具有明显的优势性，而价格和二四相步进电机相当。

发展趋势之五，向多元化方向发展。为满足多元化的市场需求而研发出新型步进电机使得步进电机的应用范围更广泛，应用更简便。以上海运控公司为代表，自2004年开发出正齿轮减速偏心轴步进电机后，又陆续开发出斜齿轮减速步进电机，精密行星减速步进电机、标准行星减速步进电机、普通行星减速步进电机，2007年又开发出直线步进电机、防水步进电机、配刹车的步进电机，2009年又推出配编码器的步进电机，2012年即将推出防爆步进电机。

发展趋势之六，向低价格高品质方向发展。2003年以前步进电机价格相对较高，于是步进电机企业纷纷分家，众多步进电机厂家如雨后春笋般成立，其中一些厂商为争取客户，不惜降低品质，压低价格，导致2005年到2009年期间步进电机市场平均品质下降。经过市场经济几年来的的优胜劣汰，和用户对步进电机品质的认识，使得

上海运控等高品质的步进电机和驱动器厂商得到市场的高度认可。随着高品质步进电机及驱动器的大规模标准化生产以降低生产成本，未来的若干年内高品质步进电机及驱动器会持续占领主导地位。

1.3设计内容

在各类机电系统中,随着社会的快速发展，步进电机已广泛运用于工业控制、日常生活领域的各个方面。因此设计一种新的步进电机控制器,它具有调速精度高、响应速度快和耗损低等特点。

本设计由AVR单片机、L298 驱动器及液晶显示构成的步进电机控制器。

本设计具有扩展功能：

具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备，可具备与上位机的通信能力，控制更给直观、简便。

第二章、任务

2.1设计任务

(1)基本内容

按键切换控制电机正反转，数码管显示电机转速，电位计控制电机转速。

(2)扩展内容

按键切换控制电机正反转，电机通电方式为四相双四拍，运行方式为位置控制，LED为速度快慢，数码管显示电机转速

2.2任务分工

(1)基本内容程序的编写调试以及实验报告的撰写

负责人员：杨少维王胜杰

(2)扩展内容程序的编写及调试

负责人员：蒋轮冶西原

第三章、单片机资源设置

3.1硬件设置

采用A VR单片机作为主控单元，L298作为驱动芯片。L298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片的主要特点是工作电压高，最高工作电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电2A；内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载；采用标准TTL逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作；有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

步进电机驱动电路如图，