计算机控制课程设计---基于单片机的步进电机控制系统

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1、基于单片机的步进电机控制系统基于单片机的步进电机控制系统 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械 的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制 系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从 而实现了基于 8051 单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机 存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱 动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计， 实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在 数控机床上的应用，系统

2、设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的 反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发 展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电 机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、 绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。 此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种 自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，它的需要量与日俱增，在 各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件， 由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在

3、智能仪表和位置控制中得到了广 泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强， 价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 1.步进电机原理及硬件和软件设计步进电机原理及硬件和软件设计 1.1 步进电机原理及控制技术步进电机原理及控制技术 由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能 直接接到交直流电源上，而必须使用专业设备-步进电机控制驱动器，典型步进 电机控制系统如图 1 所示：控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连 续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把 来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分

4、配后，经过功率放大器的放大加到步进 电机驱动电源的各项输入端，以驱动步进电机的转动，环形分配器主要有两大类： 一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通常称软环形分配 器。另一类是用硬件构成的环形分配器，通常称硬环形分配器。功率放大器主要 对环形分配器的较小输出信号进行放大，以达到驱动步进电机的目的，步进电机 的基本控制包括转向控制和速度控制两个方面。从结构上看，步进电机分为三相 单三拍、三相双三拍和三相六拍 3 种，其基本原理如下： （1） 换相顺序的控制 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如，三相步进电机在单三拍的工作方式 下，其各相通电顺序为 ABCA，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别 控制 A、B、C 相的通断。三相双三拍的通电顺序为 ABBCCAAB，三相六 拍的通电顺序为 AABBBCCCAA。 （2） 步进电机的换向控制 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转。若步进电机的励磁方式为 三 相 六拍 ， 即 AABBBCCCAA 。 如 果 按 反序 通电 换 相， 即 AACCCBBBAA，则电机