基于单片机的步进电机控制系统设计课程设计

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1、 第 1 页 共 32 页 1 1 引言引言 1.1 1.1 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义 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在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来 实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉 价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有 着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱 增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。 1.2 1.2 国内外研究概况国内外研究概况 步进电机是国外发明的。中

2、国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏、北 京都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当 时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环 形分配器。 国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从 驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较， 比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少 数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。 国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备， 打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。国外用许多现代的手段

3、将步进电机排 挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码 带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。 国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控， 有实力的公司现在也采用交流 电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与 工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。 在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生 产了环形力矩电机，在高品质的控制场合，有时还不能使用步进电机。步进电机的 细分控制，在改革开放初期，国内就已经基本掌握，这与交流电动机的矢量控制相 比，难度要低得多。 第 2 页 共 32

4、页 2 2 步进电机与单片机简介步进电机与单片机简介 2.1 2.1 步进电机介绍步进电机介绍 2.1.1 步进电机概述 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及 步进角） 。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和加速度，从而达到调速的目的。 一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，且不累积。 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。 正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频 率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动 和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数