文档介绍：毕业设计(论文)单片机控制步进电机论文91693649
1 引言
步进电动机简称步进电机步进电机可分为反应式步进电机简称 VR
永磁式步进电机简称 PM和混合式步进电机简称 HB可在开环条件下十
分方便地将数字系统的脉冲数转变成与其相对应的角位移或线位移因而是控制
系统中常用的自动化执行元件步进电机是数字控制电机它将脉冲信号转变成
角位移即给一个脉冲信号步进电机就转动一个角度因此非常适合于单片机
控制步进电机区别于其他控制电机的最大特点是它是通过输入脉冲信号来进
行控制的即电机的总转动角度由输入脉冲数决定而电机的转速由脉冲信号频
率决定步进电机的单片机控制可以直接接收单片机送来的数字信号不需要进
行 AD 转换可实现对位移位置体积流量等物理量的控制步进电机的
驱动电路根据控制信号工作控制信号由控制模块电路系统产生传统步进控制
器由缓冲寄存器环形分配器控制逻辑正反控制门等组成步进控制器线路
复杂成本高步进电机的单片机控制系统用软件编程代替了步进控制器可靠
成本低控制方便应用广泛步进电机具有步距值不受各种干扰因素的影响
如电压的大小电流的数值波形温度的变化等等相对来说都不影响步距值
也就是说转子运动的速度主要取决于脉冲信号的频率而转子运动的总位移取
决于总的脉冲信号数误差不长期积累步进电机每走一步所转过的角度实际
步距值与理论步距值之间总有一定的误差从某一步到任何一步也就是走任
意一定的步数以后也总有一定的积累误差但是每转一圈的误差为零所以步距
的误差不是长期地积累下去的控制性能好启动停机反转及其他任何运行
方式的改变都在少数脉冲内完成在一定的频率范围内运行时任何运行方式
都不会丢失一步还具有转矩大惯性小响应频率高等优点已经在当今工业
上得到广泛的应用步进电机在定位场所也得到了广泛的应用如在绘图仪打
印机扫描仪复印机磁盘光盘驱动器各种自动控制阀各种工具还有机器
人机械装置等设备及光学仪器中应用其定位不需要位移传感器测定位装置
单片机single chip puter这种微型控制器目前已经广泛应用于
众多自动控制领域因其无论在处理能力稳定性方面都具有极其卓越的性能
本文即以目前常用的 ATMEL 公司 89S52 系列单片机为主控部件对步进电机进
行转角控制系统是采用开环控制在单片机机的控制下仍能达到较高的精度
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此控制系统的硬件主要组成51系列单片机外围驱动电路键盘数码显示
等系统用软件编程代替了步进控制器针对不同型号的电机只要修改相拍脉
冲控制字和运行的频率即对延时的时长进行修改即可此外在该作品的基础上
进行功能扩展是很方便的
2 步进电机的构造原理
步进电机的结构
步进电机的工作原理步进电机实际上是一个数字角度转换器其结构如下图
图 1 所示是一个三相步进电机
定子是磁极相对应着的是一对三相步进电机有三对磁极每个磁极外形是
均匀的 5 个矩形小齿转子上无线圈外形是分布均匀的 40 个矩形小齿相邻
两齿的夹角为 9 度步进电机运转精度高旋转单位是步一步的最小转角
图 1 三相步进电机的结构及其运转状态
可以小到 036 度最大转角达到 90 度步进电机若前进一定的步数然后再
后退相同的步数则可精确的回到原来的位置步进电机启停速度快能够在一
刹那间使步进电机启动或停止在快速启停时不会失掉一步一般转速为
200---1000 步秒
步距角 Qs 计算公式
Qs 360° NZr 式中 Zr 为转子齿数 N McC 为通电一周的拍数叫运
行拍数其中 Mc 为绕组相数C 为状态数采用单双三拍时 C 1采用
单双六拍时 C 2三相三拍步距角为 3°三相六拍步距角为 15°
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步进电机的工作原理
相差 120 度依次单独通电则定子所产生的磁场按
AA顺序旋转AA 上通电时为了构成闭合的磁力线并且使磁阻最
小转子上的齿要与定子 AA 上的齿对齐设转子与定子 A 相中间的齿相对的齿
记为 0 号齿BB 上通电时为了构成闭合的磁力线并且使磁阻最小转子上的
齿也要与定子 BB 上的齿对齐转子上与定子 B 相中间应该对齐的齿号为 120°9
° 1333不是整数即转子与定子上的齿未对齐则磁阻大为减小磁阻转
子要旋转第 1314 号齿距离 B 相中间的角度分别为 3°和 6°因此 13 号齿顺时
针旋转 3° 相通电同样的道理转子仍然顺时针旋转 3°定子按
A→B → C → A → B →通电时则转子按顺时针方向旋转步距角每步
的转角为 3°即步距角为 3°通电一周的旋转角度按照 A→B → C → A 顺序通
电一周则转子旋转 9°反转方法若通电顺序反过