题目：基于单片机的步进电机控制器设计

2011 届毕业设计（说明书）

班 级： 08高职机电二班 学 号： 0811306202010 姓 名： 何 世 坛 指导教师： 杨 斌

2011年4月

基于单片机的步进电机控制器设计

学生姓名： 何 世 坛 学 号： 0811306202010 专 业： 机电一体化技术 班 级： 08高职机电二班 指导教师： 杨 斌 完成日期： 2011年 4 月

目 录

第1章 绪论 .............................................................. 1 1.1 引言 ............................................................... 1 1.2 步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 ............................... 2 1.2.1 常见的步进电机控制方案 ......................................... 2 1.2.2 步进电机驱动技术 ............................................... 3 第2章 步进电机概述 ...................................................... 4 2.1 步进电机的分类 ..................................................... 4 2.2 步进电机的工作原理 ................................................. 4 2.2.1 结构及基本原理 ................................................. 4 2.2.2 两相电机的步进顺序 ............................................. 5 第3章 步进电机驱动控制技术 ............................................... 9 3．1步进电动机的驱动概述 ............................................... 9 3.1.1一般驱动系统的组成结构 ........................................... 9 3.1.2驱动器的特点 .................................................... 10 3.2 步进电动机驱动技术分析 ............................................. 11 3.2.1 单电压驱动 ..................................................... 11 3.2.2双电压驱动 ...................................................... 12 第4章 系统的软件实现 ................................................... 15 4.1 系统软件主流程图 .................................................. 15 4.2 系统初始化流程图 .................................................. 16 第5章 总结 ............................................................. 17 参考文献 ................................................................. 18 致 谢 .................................................................. 19

摘 要

本文应用单片机、步进电机驱动芯片、字符型LCD和键盘阵列，构建了集步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。二维工作台作为被控对象通过步进电机驱动滚珠丝杆在X/Y轴方向联动。文中讨论了一种以最少参数确定一条圆弧轨迹的插补方法和步进电机变频调速的方法。步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法，可以有效地减少系统开发的周期和成本。最后给出了步进电机控制系统的应用实例。 关键词: 步进电机控制系统，插补算法，变频调速，软硬件协同仿真

第1章 绪 论

1.1 引言

步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、 Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。

正是由于步进电机具有突出的优点，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，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用[2]。比如在数控系统中就得到广泛的应用。目前世界各国都在大力发展数控技术，我国的数控系统也取得了很大的发展，我国已经能够自行研制开发适合我国数控机床发展需要的各种档次的数控系统。近年来由于微型计算机方面的快速发展，使步进电机的控制发生了革命性变革。优点明显的步进电机被广泛应用在电子计算机的许多外围设备中，例如打印机，纸带输送机构，卡片阅读机，主动轮驱动机构和存储器存取机构等，步进电机也在军用仪器，通信和雷达设备，摄影系统，光电组合装置，阀门控制，数控机床，电子钟，医疗设备及自动绘图仪，数字控制系统，工具机控制，程序控制系统以及许多航天工业的系统中得到应用[3]。因而，对于步进电机控制的研究也就显得尤为重要了。

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