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1、基于单片机的步进电机的细分控制器的设计摘要步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的机电元件，具有易于开环控制、无积累误差等优点，在众多领域获得了广泛的应用。步进电机的运行品质既与电机的本体性能有关，也与驱动器和控制器的性能有关。一般步进电机的运行噪声大，控制精度低，无法满足很多场合下较高运行品质的要求，因此实现步进电机的细分控制可以较大地改善步进电机的系统性能。本课题在总结和归纳多种步进电机细分控制技术的基础上，设计完成了基于单片机的步进电机细分控制系统。细分驱动技术是一种能有效改善步进电机低频特性和提高步进精度的驱动技术。广泛应用于对工况要求较高的场合，尤其在一些要求高精度、低
2、噪音、低振动的系统中，细分驱动成为步进电机驱动的首选驱动技术。本文先介绍了三相步进电机的结构和工作原理，然后在对步进电机细分驱动技术和单片机研究的基础上，分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用，该方案中电流细分技术基本上克服了传统步进电机低速振动大和噪音大的缺点，减小发生共振的几率。该方案能避免其它相绕组的感应电压和绕组电流的漂移带来的误差，提高了细分精度。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、EEPROM存储器及可编程键盘/显示控制器Intel-8279等组成，单片机是控制系统的核心。采用IR2130功率驱动芯片作为步进电机的功率驱动器件。文中对整个
3、系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。关键词单片机；步进电机；细分控制Design of Stepper Motor Subdivision Controller Based on MicrocontrollerAbstractStepper motor is a kind of electromechanical component that is driven in step angle or line displacement by electric pulse signal. Because of having the advantage of easy open-lo
4、op control and no accumulating error，stepper motor is being applied widely in many fields . As an integrated system including with both stepping motor and driver，its quality of operation is depended on the performance of motor，driver and controller .Generally，the noise of the stepping motor is great
5、，and control precision is low，which cant meet request of the high running quality in many situations . So the performance is improved in stepping motor operation through realizing the subdivision operation of stepping motor. This topic in summarizes various stepping motor subdivision control technol
6、ogy, on the basis of these technology, completed the design of stepping motor subdivision system based on single-chip microcomputerThe stepper motors micro-stepping driver is a kind of driving technology that can effectively improve the step precision and characteristic of low frequency. It is mostl
7、y used when the equipments require high-precision，low noise or low vibration system, and it is being a more and more popular driving technology.In this paper，the working principle and configuration of three-phase Stepper are introduced，then based on technologies such as stepper motor controller and
8、microcontroller .we analysis the using of micro-stepping driving technology to improve operational performance . Current subdividing technology not only overcomes the disadvantages of motors vibration and noise at low speeds but also reduces probability of resonance. It prevents the reactive voltage
9、 errors brought by other windings and the drift errors brought by current. It improves the precision of subdivision. In the thesis，we develop a single chip computer-based digital controlling system for a three-phase stepper motor that is mainly constructed from a AT89CS1 single chip computer and 827
10、9IC which is used as the core of control parts and a three full-bridge driver IR2130. The power stage of this driver uses IGBT IR2130 that provides high reliability. Based on the approach，the systems whole architecture，the design of hardware and software are in traduced in detail. Keywords Single ch
11、ip microcomputer；Stepper motor；Subdivide control不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- I -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 步进电机概述11.3 步进电机驱动系统概述21.4 国内外研究状况及发展趋势31.5 论文研究内容4第2章 步进电机及其驱动系统52.1 步进电机及其工作原理52.1.1 步进电机的结构特点52.1.2 步进电机的基本工作原理52.1.3 绕组通电方式62.1.4 步距角的控制72.2 步进电机驱动系统72.2.1 步进电机驱动系统简介72.2.2 步进电机细分驱动原理及特点82.3
12、本章小结9第3章 控制芯片及相关器件简介103.1 单片机的介绍103.1.1 芯片的选择103.1.2 AT89C51单片机与管脚功能简介113.2 8位数模转换器DAC0832简介143.3 8279显示与键盘控制芯片简介153.3.1 8279显示键盘控制芯片的功能153.3.2 8279显示键盘控制芯片引脚定义153.4 IR2130驱动电路简介163.4.1 IR2130结构及功能163.4.2 IR2130的逆变器电路结构183.5 本章小结19第4章 系统构架与硬件电路的设计204.1 系统硬件结构204.2 系统硬件电路设计214.2.1 单片机控制电路214.2.2 电机驱动
13、电路214.2.3 数模转换电路224.2.4 开关电源电路224.2.5 显示和键处理电路234.3 本章小结24第5章 系统软件设计255.1 系统软件总体结构255.2 系统开发软硬件环境255.3 步进电机控制主程序设计265.4 步进电机细分驱动程序设计275.5 步进电机显示和键处理程序设计285.6 本章小结30结论31致谢32参考文献33附录A34附录B42附录C48千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- III -第1章 绪论1.1 课题背景随着电力电子技术、微电子
14、技术，控制技术的快速发展和EDA技术的日益成熟，特别是高性能可编程逻辑器件的出现，使得步进电机驱动系统集成化设计成为可能，并伴随着电动机本体的发展和变化，传统电机分类间的界面越来越模糊。近代步进电机的驱动技术的主流是“电流型”，常规的控制技术仅对绕组的电流进行通断控制，在转子齿数一定的条件下，增加相数才能提高电机的分辨率。运用电流波形控制技术可方便地实现步进电机细分驱动。步进电机的细分驱动技术，从20世纪70年代开始研究，逐步发展到90年代完全成熟。我国对细分驱动技术的研究，起步时间与国外相差无几。细分驱动技术的广泛应用，使得电机的步距角不受相数的限制，为产品设计带来方便。目前在步进电机的驱动
15、技术上，采用斩波恒流驱动、细分驱动以及最佳升降频控制，大大提高步进电机运行快速性和运转精度，使步进电机在中、小功率应用领域向高速且精密化的方向发展。在驱动电路中，目前较普遍采用的功率开关管是功率场效应管(MOSFET)，与早先采用的大功率晶体管(GTR)相比有很多优点。性能更加优越的绝缘栅极晶体管(IGBT)也己应用于高速型及较大功率的步进电机驱动电路中。而把IGBT驱动电路及保护电路都集成在一起的智能IGBT模块，具有结构简单、性能稳定及运行可靠等优点，目前己开始应用于中、小功率的步进电机的驱动。步进电机作为数字式执行元件，具有成本低、易控制、定位方便和步距误差不长期累计等优点，被广泛应用在数控装置、绘图机、机械手、印刷和包装设备等工业、军事和医疗自动化领域中。但是步进电机在应用中存在一些制约性的因素，步进电机及其系统表现出诸如低速平稳性差、高速快速响应能力差、效率低和能耗等。步进电机多应用于开环控制的场合，对转子位置和角速度不做检测，较容易在行过程中产生失步和振荡。另外，步进电机不能简单地直接接到普通的交直流电源运转，它需要专门的驱动控制器，步进电机和与之配套的驱动控制器密不可分，在电机本体选定的情况下，驱动控制器的好坏很大程度上影响着整个系统的运行性能。通过研制高性能的步进电机驱动控制器可以大大改善步进电机的运行性能，这对提高我国在这
