控制电机课程设计---步进电动机

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1、 1 目 录 摘要摘要 2 第第 1章章 设计课题简介设计课题简介 3 1.1 引言 3 1.2 课题背景 3 1.3 技术概述 4 1.4 设计的目的与意义 5 1.5 选择方案 5 1.5.1 步进电机的概述 5 1.5.2 步进电机工作原理 5 1.5.3 控制方案. 6 第二章第二章 步进电机的驱动步进电机的驱动 7 2.1 驱动器的选择 7 2.1.1 L297L298 功能分析及驱动特性 7 2.2 驱动器的芯片连接 8 第三章第三章 电路分析电路分析 . 12 3.1 脉冲发生器电路 12 3.2 正转反转控制电路 13 3.3 起动及变速控制电路 14 第四章第四章 个人小结个

2、人小结 . 15 参考文献参考文献. 16 附录附录 1 电路图电路图 17 附录附录 2 实物图实物图 18 2 摘要摘要 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。此 次课题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 的性能、结构的基础上，设计出了步进电机驱动电路。 关键词：步进电动机，555 定时

3、器，L297，L298 3 第第 1 章章 设计课题简介设计课题简介 1.11.1 引言引言 步进电动机是用电脉冲信号进行控制， 将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微 电动机， 它最突出的优点是可以再宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速， 快速启 停、正反转控制及制动等，并且其组成的开环系统简单、廉价、可行性强，因此在自动化设 备及各种控制装置等众多领域有着广泛的应用。 随着微电子和计算机设计的发展， 步进电动 机的需求量与日俱增，研制步进电动机的驱动系统具有十分重要的意义。 本文选用的步进电机是四相电机，采用的方法是利用 L297 集成芯片，产生四相驱动信 号，控制 L298 双

4、 H 集成电路来驱动步进电机。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执 行机构。 当步进电机接受到一个脉冲信号， 步进电机就按设定的方向转动一个固定的角度 （称 为步距角） ，它的旋转时以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲频率来控制电机 转动速度和加速度，从而达到调速的目的。通过 L297 控制 L298 来驱动步进电机，控制电 机的正反转和启停。 基于 L297/L298 驱动芯片的步进电机驱动系统，采用恒流斩波方式驱动。其中 L297 是 步进电机控制器，适用于双极性两相步进电机或单极性四相步进电机的控制。用 L297 输出 信号可控制 L298 双桥驱动集成电路，用来驱动电压最高为

5、 46V，总电流为 4A 以下的步进 电机。L297 也可用来控制由达林顿管组成的分立电路，以驱动更高电压，更大电流的步进 电机。L297 只需要时钟、方向和模式输入信号，相位由内部产生，从而减轻微处理器和程 序设计的负担。L297 采用固定斩波频率的 PWM 恒流斩波方式工作。L297 主要由译码器， 两个固定斩波频率的 PWM 恒流斩波器以及输出控制逻辑组成。L298 是用驱动步进电机的 集成电路，采用双桥接方式驱动，由于是双极性驱动，步进电机的定子励磁绕组线圈可以完 全利用，是步进电机达到最佳的驱动。 1.21.2 课题背景课题背景 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

6、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，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