微机控制技术(计算机控制技术)课程设计——步进电机控制系统设计

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1、 单片机课程设计报告 步进电机控制系统设计 姓 名： 班 级： 指导老师： 日期： 2013.6.082011.6.13 一、一、 设计前述 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况 下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影 响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步 进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电 机来控制变的非常的简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实 现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可

2、以通 过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来 具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。本设计还通过按键控制 电机正转与反转。 二、设计任务和要求二、设计任务和要求 设计步进电机单片机控制系统，其功能如下： 1具有对步进电机的启停、正反转、加减速控制； 2控制按钮分别为正转、反转、加速、减速、以及停止键； 3能够通过三位LED数码管（或液晶显示器）显示当前的转动速度，并且由两只不 同颜色的发光二极管分别指示正转和反转，因此可以清楚的显示当前转动方向和转速； 4要求每组选择的步进电机控制字不同； 5用单片机做控制微机； 三、三、设计原理分析设计

3、原理分析 1、步进步进工作工作电机原理电机原理 11 步进电机的特点： （1）一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，且不累积。 （2）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的 电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率 （或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 （3）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉 冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载 的情况下，启动频率应更低。如果要

4、使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程， 3 即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 1.2 步进电机的工作原理： 步进电机是一种用电脉冲进行控制 ,将电脉冲信号转换成相位移的电机 ,其机械位 移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成正比 ,每一个脉冲信号可使步进 电机旋转一个固定的角度.脉冲的数量决定了旋转的总角度 ,脉冲的频率决定了电机运 转的速度.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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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

5、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和加速度，从而达到调速的目的。 四相步进电机有两种运行方式 1.四相四拍；2.四相八拍。 （1）拍数： 完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 n 表示，或指电机 转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即 A-B-C-D-A。 （2）步距角： 对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360 度（转 子齿数 J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为 50 齿电机为例。四拍运行时步距角为 =360 度/（50*4）=1.8 度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360 度/（50*8）=0.9 度（俗称半步）。

6、 计算转速#以基本步距角 1.8的步进电机为例（现在市场上常规的二、四相混合式 步进电机基本步距角都是 1.8），四相八拍运行方式下，每接收一个脉冲信号，转过 0.9，如果每秒钟接收 400 个脉冲，那么转速为每秒 400X0.9=360，相当与每秒钟 转一圈，每分钟 60 转。 1.3 步进电机详细调速原理： 步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因 为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个 脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变 电机的转速，从而实现步进电的调速。具体的延时时间可以通过软件来实现。 这就需要采用单片机对步进电机进行加减速控制,实际上就是改变输出脉冲的时间 间隔,单片机控制步进电机加减法运转可实现的方法有软件和硬件两种 ,软件方法指的 是依靠延时程序来改变脉冲输出的频率,其中延时的长短是动态的,软件法在电机控制中, 要不停地产生控制脉冲, 占用了大量的 CPU 时