步进电机电路设计

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1、测控系统课程设计课题：步进马达控制电路设计班级学号姓名专业学院指导教师16步进马达控制电路设计一、绪论步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulsemotor或Stepperservo，其应用发展已有约80年的历史。步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方

2、向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机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

3、反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。本设计通过ATMEL89C52单片机对步进电机进行控制,主要介绍了步进电机控制器、驱动电路和LED显示电路的设计,实现了步进电机的控制。具有以下功能：1、按下不同的键，分别使步进电机实现顺时针和逆时针旋转；2、电机运转状态可以是正反转，加速减速，五种不同速度的各种组合；3、通过LED数码管显示电机运行状态特点。该系统具有成本低、控制方便的特点。  本文介绍已实现的单片机对步进电机的控制系统。该控制系统中,控制器担负着产生脉冲以及发送、接收控制命令的任务。二、总体方案设计2.1、方案介绍本设计采用单片机AT89

4、S51来作为整个步进电机控制系统的运动控制核心部件，采用了电机驱动芯片L298及其外围电路构成了整个系统的驱动部分，再加上作为执行部件的步进电机来构成了一个基本的步进电机控制系统。系统的具体功能和要求如下：1.单片机最小系统板的设计；2.设计兼有两相两拍和两相四拍的脉冲分配器;3.实现步进电机的启停、正转、反转控制；4.驱动电路可提供电压为12V，电流为0.3A的驱动信号;165.能实现步进电机的转速调节，最低转速为25转/分，最高转速为100转/分；6.步进电机的转速由数码管显示；7.键盘扫描电路的设计本本课题的研究目的之一就是设计一套硬件系统较简单、

5、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高的步进电机控制系统。2.2、系统总体框图整个系统的组成包括单片机最小系统，电机驱动模块，串口下载模块，数码管显示模块，电机驱动电流检测模块，独立按键等模块组成。具体框图如图2.1所示：图2.1　系统总体框图单片机最小系统作为整个系统的控制核心，它主要负责产生控制步进电机转动的脉冲，通过单片机的软件编程代替环形脉冲分配器输出控制步进电机的脉冲信号，步进电机转动的角度大小与单片机输出的脉冲数成正比步进电机转动的速度与输出的脉冲频率成正比，而步进电机转动的的方向与输出的脉冲顺序有关。同时单片机系统还负

6、责处理来自电机驱动电流检测模块检测到的电流值。与此同时，单片机将会把电机转速，电机的转动方向，以及电流检测模块检测到的电机驱动的电流通过数码管显示出来。电机驱动模块负责将单片机发给步进电机的信号功率放大，从而驱动电机工作。串口下载模块主要是负责实行计算机和单片机之间的通信，将在计算机里面编写好的程序下载到单片机芯片当中。数码管显示模块就主要是显示电机转速，电机转向，和通过电机的电流等系统的实时信息。16三、硬件电路设计3.1单片机最小系统设计采用AT89S51单片机构成了控制系统的核心，其基本模块就主要包括复位电路和晶体震荡电路。在本设计当中，单片机的P

7、0口、P1口、P2口、P3口全部参与系统工作，单片机最小系统的接线如图3.1所示：图3.1　单片机最小系统图3.1.1单片机端口分配及功能1、中P0口用于控制数码管的具体显示功能，既是数码管的段选。2、P1口主要用于控制电机驱动芯片L298的工作，以及ADC0804芯片的编程的读写控制。3、P2口主要用于控制数码管的公共端，既是数码管的位选。与此同时还处理键盘扫描电路的。164、P3口主要用于负责处理ADC0804的模数转化芯片的工作。3.1.2晶体振荡器特性AT89S51一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器

8、的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激