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1、编号： 单片机实训 (论文)说明书题 目： 步进电机控制器 院 （系）： 信息与通信学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 0901130324 指导教师： 符强 严素清 2012 年 01 月 03 日摘要步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行元件，具有 快速起动和停止的特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同步,具有较高的重复定位精 度, 并能实现正反转和平滑速度调节。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负 载的影响, 因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。本文在分析了 步进电机的驱动特性、斩波恒流细分驱动原理和混合式步进电机驱动芯片 L297L298
2、 的性能、结构的基础上，结合 AT89C52 单片机，设计出了混合式步进 电机驱动电路。关键词：步进电机；AT89C52 单片机；L297/L298 驱动。Abstract Stepping motors is a kind of will convert angular displacement or electrical impulses signal line displacement of precision actuator, have fast start and stop characteristics. The driving speed and instructions pu
3、lse can strictly synchronization, which has high repositioning precision, and can realize the positive AT89C52 single chip computer; L297 / L298 driver. 目 录第一章 绪论.1 1.1 课题背景 .1 1.2 设计目的与意义.1 1.3 选择方案 .1 1.3.1 步进电机概述.1 1.3.2 步进电机工作原理 .2 1.3.3 控制方案 .3 第二章 步进电机驱动器.42.1 驱动器的选择.4 2.2.1 L297L298 驱动特性分析 .4
4、 2.1.2 L297298 功能分析 .4 2.2 驱动器的芯片连接 .6 第三章 单片机电路.8 3.1 步进电机控制器.8 3.1.1 脉冲产生电路 .8 3.2 加速减速控制.10 3.3 显示及键盘电路.123.4 细分驱动.12 3.5 程序设计.13 第四章 总结.16 参考文献.17 附录：原理图第一章 绪论1.1 课题背景步进电机以其独特的特点可以在无速度传感器和无位置传感器系统中实现精确的开环状态定位或同步运行。我们通过调节发送给步进电机的步进脉冲个数来实现精确 的位移或者角度定位，而调节发送的步进脉冲频率就可以实现速度调节，这些都有利 装置或设备的小型化和低成本，因而在众
5、多领域中得到广泛的应用。 步进电机的使用性能与它的驱动电路有密切的关系，随着电子技术的发展 ，使步 进电机的控制电路和功率驱动电路发生了很大变化，特别是集成电路的推广和微机的 普及应用，更使步进电机驱动电源的研制上了一个新台阶，使其性能指标有了显著的 提高。国内对这方面的研究一直很活跃，但是可供选用的高性能的步进电机驱动电源 却很少，而且国内的驱动电源方面基本都存在着体积大、外形尺寸不规则、性能指标 不稳定及远没有达到系列化等问题，这就给驱动电源的选用和安装带来了极大的不便， 国外虽然有通用的各种类型的步进电机驱动电源，但大都存在一些问题，如价格昂贵， 与我国的系统连接不匹配等问题。如前所述，
6、步进电机伺服系统的性能，不仅与步进 电机本体的特性有关，而且还与步进电机的控制方式、驱动电源的特性及负载特性有 着密切的关系，特别是驱动电源技术方面，对步进电机运行性能的改善，如高频力矩 的提高，步距分辨率的提高，单步振荡及振动的消除等方面起着至关重要的作用。1.2 设计的目的与意义掌握步进电机的工作原理及控制方法，本次设计任务要完成的目标是：利用单片 机控制实现步进电机的启停、正转、反转、加速、减速、实现步进电机的细分控制、 控制器满足步进电机的幅频特性等功能。1.3 选择方案1.3.1 步进电机的概述步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的执行机构，由步进电机及其功率驱 动装置构成一个开环
7、的定位运动系统。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动 步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步距角)。脉冲输入越多，电机转子转过 的角度就越多，输入脉冲的频率越高，电机的转速就越快。因此可以通过控制脉冲个 数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电 机转动的速度，从而达到调速的目的。步进电机种类，根据自身的结构不同，可分为 常用三大类：反应式(VR，也称磁阻式)、永磁式(PM)、混合式(HB)。其中混合式步进 电机兼有反应式和永磁式的优点，它的应用越来越广泛。1.3.2 步进电机工作原理图 1 是一个四相磁阻式步进电机的结构示意图，该电机定子上有 8 个
8、凸齿，相 距 180的两个凸齿构成一相，每一相上的线圈反相连接，这样 8 个齿就构成四相， AA1、BB1、CC1、DD1，因此称为四相步进电机1。图 1 四相磁阻型的步进电机结构示意图当有一相绕组被励磁时，磁通从正相齿，经过软铁芯的转子，并以最短的路径流 向负相齿，而其他的六个凸齿并无磁通。为使磁通路径最短，在磁场力的作用下，转 子被迫转动，使最近的一对齿与被励磁的一相对准。在图 1 的 a 图中 B 相被励磁， 转子与 B 相对准。在这个位置上，再对 A 相进行励磁，则转子在磁场作用下顺时针转 过 15，如图 1 的 b 图所示，这样步进电机就转过了一个步距角。继续对 C 相进行 励磁，转子在磁场的作用下进一步顺时针转过 15，到达 c 图所示的位置，又转过了 一个步距角。再对 D 相进行励磁，又产生了一个新的磁场，在磁力的作用下转子又转 过一个步距角 15。这样步进电机的四相完成一个通电循环，若要继续转动，就继续 顺次励磁，即步进电机按照 ABCDA 顺序顺次励磁，那么电机就不停地转动； 若要电机反转，只
