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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 绪论11.1课题研究的目的和意义11.2国内外研究概况11.3本文主要内容2第2章 步进电机系统设计方案32.1步进电机的概述32.2步进电机的驱动方式论证32.3 步进电机运行控制7第3章 系统硬件设计103.1主控芯片介绍103.2驱动电路123.3稳压管设计143.4显示电路设计143.5按键设计16第4章 系统软件设计174.1主程序设计174.2按键子程序18第5章 系统仿真与调试195.1系统的仿真195.2系统的调试20总 结21参考文献22致 谢23附 录24【精品文档】第 页摘 要步进电机
2、有启动快、步进精确、定位准等特点。随着现在自动化的需求，步进电机的应用已经非常广泛，在现在的自动化工厂中，起着重要的作用。利用Proteus软件，进行电路的搭建和仿真。以单片机为核心通过连接外围电路组成控制步进电机调速的控制系统，通过方向信号，改变步进电机的旋转方向，调节频率，从而改变速度。本文通过介绍驱动电路，从中选择驱动方式，从而实现步进电机的细分驱动功能，确定步进电机的运行方式，并详细介绍了细分驱动电流的计算方法，细分能使步进电机的运行更稳定可靠，减少运行噪音。其中驱动电路的核心是以TB6560AHQ芯片搭建的电路，转速能达到五个级别的调速范围，最高转速能达到500多转。最后进行仿真，然
3、后画出相对应的PCB板进行焊接，完成相应的实物。整个设计思路还是比较简单，操作容易，成本也比较低。关键词： 步进电机；单片机；细分驱动ABSTRACTThe step motor has the characteristics of starting fast, stepping in precise and positioning, and the application of stepping motor is very extensive with the demand of automation. It plays an important role in todays automat
4、ed factories.This article USES Proteus software to build and simulate circuits. With the single chip processor as the core by connecting the peripheral circuit, control system, through the direction of the signal, adjust the electricity order of stepper motor windings, and transform the direction of
5、 rotation of the stepper motor. The purpose of controlling the speed of the motor is achieved by controlling the speed of the frequency. By driving circuit, also can achieve the function of stepping motor subdivision driver, this paper also introduces in detail the calculation method of subdivision
6、drive current, segmentation can make step motor running more stable and reliable, greatly reducing the noise. The core of the drive circuit is the circuit of the TB6560AHQ chip, which can speed up to five levels, and the maximum speed can reach over 500. Finally, the PCB board is drawn and the corre
7、sponding material is completed. In comparison, the whole design idea is simple, easy to operate and low cost.Key words: stepper motor, mcu, subdivided driving 第1章 绪论步进电机有很多其他电机所没有的功能，现在已经是全球的第三类的电机了，是人类进入自动化过程中重要的东西，而随着现在电子计算机方面的发展，其控制的方式方法也越来越多。1.1课题研究的目的和意义研究的目的，现在步进电机已经成为第三类电动机，虽然现在生产步进电机的厂家有很多，但
8、是现在关于用好步进电机的方案，基本还都是处于仿制外国的阶段，控制系统还比较复杂，所需要用到的知识还很多，所以要想用好步进电机还是很不容易的1。 研究的意义，步进电机和其它电机性能和功能都有很大的区别。步进电机有启动快、步进精确、精准定位的特点。随着现在自动化的发展，步进电机的应用也是越来越多，在很多机器仪器中，都有它的存在，特别是在一些高端精密的仪器中，更是离不开它，所以研究好步进电机还是很有用处的。1.2国内外研究概况步进电机已经存在了一百多年，最早出现的步进电机，是由英国人发明的。当时的电子技术还不是很高，控制太复杂，所以步进电机的发展受到了很大的限制，基本只是出现了原理，实际应用起来确实
9、很麻烦。而步进电机的发展是从50年代之后，驱动电路得到很大的发展，才开始大规模的发展，我国是从70年之后才开始引入2。而且随着现在工业的发展，在数字电路、电力电子和永磁材料的高速发展下，更是促进了步进电机性能的提高，驱动更是得到快速的发展，步进电机的功能也是得到很大的进步。80年代后，混合的步进电机已现，使性能和功能更加强大，很快就得到了成长和利用。也是从这个时候开始，步进电机开始了大规模的应用，在打印机、扫描机、机器人、传真等方面都有它的用处3。步进电机输入一个脉冲，就走一定角度，因此可以通过去控制走多少步，来达到精准定位。因为电机是通过输入脉冲，来确定是否旋转，所以能快速停止和启动，而旋转
10、速度，还可以通过控制脉冲频率大小去改变。而且它的体积还比较小，控制相对来说还是比较方便，在现在的数控机床，生产线上都有步进电机的身影，特别是对定位有很高的要求的精密仪器里面，都有它的存在，所以设计高精度的步进电机是很有必要的。现在微电子学的发展越来越快，相对的步进电机的驱动电路就越来越简单，不仅把驱动部分的硬件部分减少了很多，还大大提高了步进电机的灵活性4。现在更是出现了很多的芯片和驱动板，可以直接把步进电机驱动起来，控制简单了，价格就降下来了，就满足了工业生产的要求，可以大规模的生产了。1.3本文主要内容能实现步进电机的调速，使步进电机能够在一定的范围内旋转，当步进电机运行的时候，能够显示步
11、进电机的正反转和速度。并且以步进电机为对象，研究步进电机驱动的方式，步进电机的驱动方式有很多，本文主要研究的是细分驱动电路，研究步进电机细分控制算法，通过计算电流的各个阶段的大小，实现步进电机的细分驱动的控制。完成系统的总体框图，设计硬件电路，画出原理图，分析电路的原理，确定各个元器件值的大小，进行编程完成相对应的程序然后仿真。最后绘制PCB图，进行实物的焊接和调试。第2章 步进电机系统设计方案2.1步进电机的概述步进电机精度误差小，一般在步距角的3%到5%。而因为上次脉冲所产生的误差，还不会累加在下一次中5。其驱动需要的信号必须是脉冲形式的，否则就会静止。而本身用的磁性材料，有很高的耐温作用
12、，温度要达到130以上才会退磁，这样电机外表的温度就可以达到很高。由于步进电机的响应，只是与输入的脉冲数有关，所以可以作成开环系统，结构大大简化降低成本。步进电机还是有缺点的，很容易就会产生共振。而且转速都达不到很高，很难有大的转矩，而且能量利用率也比较低。反应式步进电机是比较传统的电机。其工作原理简单，内部的励磁绕组比较多，则输出转矩比较大，这样的结构也就决定了它的动态性能比较差，而且噪音震动都很大，其内部绕组基本为三相的，步距角基本在1.5度左右。永磁式步进电机大部分是两相，在其内部转定子的极数基本相同6。这样的结构，也就决定了其步距角比较大，一般为7.5或者15度，主要应用在计算机的外部
13、、医疗设备、光电组合等装置里面。混合式步进电机，根据名字就很容易知道它是由上面两种电机的优点结合起来组成的。相数有好几种，两相的步距角基本在1.8度左右，五相的在0.72度左右，步距角的减少，也就使精度得到很大的提高了7。而且因为有永磁体的存在，所以就导致了反电动势的存在，在运行的过程中平稳、噪声低、震动小。综合比较来说，还是混合式的步进电机功能比较好，所以本文采用的就是混合式的步进电机。2.2步进电机的驱动方式论证步进电机的驱动方式有很多，而驱动方式的选择，却可以直接决定步进电机运行的性能，下面介绍一下常用到的驱动方式。2.2.1高低压驱动 高低压驱动，都是先用高电压去驱动要导通的绕组，再用
14、低电压去续流，保证了电流的连续性，也利用了高电压提高出力的作用，而不是通过改变时间常数来提高矩频性能。2.2.2单电压驱动在电机的绕组回路上给串联上一个电阻，电机的时间常数就会变小，这样在高频率运行时，相应的产生的转矩也就更大一些，而且还可以缓解共振。这样的电路，线路布局简单成本低。不过因为串联了一个电阻，这样就引起了附加的一些损耗，如果频率比较高损耗更是严重，所以基本都是用在功率比较小，频率要求不高的地方。2.2.3双电压驱动由名字很容易就可以知道，这是有两个电压信号，根据不同频率选择不同的电压驱动。在低频率是用低电压，在高频率时用高电压。这样的电路，就可以使步进电机在高频的时候，还有很大的
15、力矩，而在静止锁定的状态下，相应的功耗也减小。2.2.4斩波恒流驱动使导通绕组的电流，不论是工作在什么状态下，都能保证其在一定的数值下，这样就可以使电机有比较恒定的输出转矩8。这种驱动的方法，能极大的提高高频响应，因为电流比较恒定，所以输出转矩也就比较稳定共振减少，不过这样的线路比较复杂，但是现在已经有相对应的集成模块出来了，可以直接采用，图1为斩波恒流电路图。图1 斩波恒流电路用R来采集绕组电流的变化，然后和控制信号做比较，当控制信号比较大的时候，而且脉冲也是高电平。则两个三极管都会导通，这样直流电源会给绕组直接供电。因为电感是感性负载，电流慢慢变大的时候，则R两端的电压会增大，这样采取的电
16、压就会比较大，在通过比较器比较输出，则输出的电平就是低电平9。由于比较器输出的电流是低电平，则无论脉冲是高或者低电平，通过与门电路后，都将输出低电平，相应导管被截止，电源无法对绕组供电，但这个时候，如果输入的脉冲还是高电平，那VT2继续导通，沿着VD2继续给绕组供电，当电流下降到比给定电压低的时候，就又重复上述过程，这样电流就比较稳定了10。相对来说这种驱动电路用的还是比较多的。2.2.5细分驱动步进电机的驱动，通过改变各个绕组之间通电顺序，从而改变绕组中电流进而改变磁场，则相应的改变合力的方向，从而使电机旋转起来11。在一般的时候，步进电机的步距角一定，而改变绕组通电方式，能达到的细分数量非常有限，要增大细分情况还是要靠驱
