基于单片机的步进电机控制系统的设计

论文总字数：16363字

目 录

摘要 1

Abstract 2

1 引言 3

2系统方案设计 3

2.1 步进电机工作原理 3

2.2 国内外发展状况 4

2.3 系统驱动控制方案设计 4

2.4 系统设计框图 5

3系统硬件设计 6

3.1 控制单元设计 6

3.2指令输入模块设计 9

3.3电机驱动电路设计 10

3.4速度检测模块设计 12

3.5 状态显示模块设计 13

4 系统软件设计 14

4.1系统软件功能介绍 14

4.2主程序设计 15

4.3指令输入子程序流程图 16

4.4电机控制中断程序流程图 17

4.5仿真及测试结果 18

5样机试验 20

5.1样机制作 20

5.2系统测试 21

5.3测试结果与分析 23

6 结语 23

参考文献 24

致谢 26

基于单片机的步进电机控制系统的设计

张怡聪

，China

Abstract：Stepper motor is a control motor that is more common in life. It is widely used in the field of control and it is a very important part of electromechanical integration. In this design,it mainly included the single-chip microcomputer, the motor drive circuit, the stepping motor, the Hall element and the key. The pulse signal is sent by the STC89C51 single-chip microcomputer. The control signal is then controlled by the drive circuit to meet the requirements for controlling the operation of the stepper motor. The control of the stepper motor realizes the basic functions of forward and reverse rotation, acceleration and deceleration, and pause,then the Hall sensor detects the motor speed, feeds the motion status back to the MCU, and corrects the speed of the stepper motor and displays it on the digital tube.

Keywords: stepper motor; microcontroller; pulse signal; drive circuit; speed detection

1 引言

步进电机是一种小型的控制电机，通过接收到的脉冲信号来改变线位移或者是角位移，是生活中一种比较常用的元件。当步进电机正常工作时，脉冲信号的频率和数量决定着电机的转速而不与负载的变化相关。随着步进电机接受收的信号的变化，其线性位移或角位移也随之改变。为了提高步进电机的转速，我们便可以提高步进电机所接收到的脉冲信号的频率，反之则可以减小步进电机的转速^[1]。步进电机的制作成本十分低廉，功能又十分完善，在现代化的自动化设备、数控机床、机器人、计算机的外围设备等方面有个非常广泛的应用，如今的计算机技术发展迅猛，它的需求量也是日益上升。因此，研究步进电机的驱动与期控制系统有着十分重要的意义。

2系统方案设计

2.1 步进电机工作原理

步进电机的转动是由脉冲信号驱动的，当步进电机的绕组按照特定的相序进行通电时，电机便能转动。以本次设计所用的四相步进电机为例子：想要电机能够正常正转，单四排的步进电机就要按照正确的相序进行通电，正确的顺序为：A-B-C-D-A;而双四排的步进电机通电顺序一定为：AB-BC-CD-DA-AB^[2]。这个通电顺序是固定的，不能随意改变，想要电机正常运转就只能按照顺序通电通电，不然就无法正常工作。工作时的脉冲时序如下表2-1，2-2所示。

表2-1 四相单四拍脉冲时序

表2-2 四相双四拍脉冲时序

2.2 国内外发展状况

步进电机的发展历史十分的悠久，早在1830年到1860年左右，就已经出现了步进电机 的原始模型。起先的步进电机并非用于控制，直到1870年左右才开始在这方面进行尝试性的实验和使用，比如在氩弧灯之中。英国人在1920年左右才发明了真正意义上的步进电机，随着晶体管的出现和在步进电机上的使用，对于步进电机数字化的控制也更为广泛和简易。一般来说，步进电机的结构形式常见的有三种：分为别磁阻式、永磁式和混合式。由于近几年控制技术和微电子技术的不断发展，许多国家已经普遍使用性能更加优越的混合式步进电机。使得步进电机的应用范围已经不仅限于中小型的系统中了，在高速大功率的控制系统中也能逐渐发现步进电机的身影。

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