步进电机细分驱动设计

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1、编号：课程设计报告书课题：步进电机细分驱动设计院（系）：机电工程学院专业：机械电子工程学生姓名：学号：题目类型：¨理论研究¨实验研究þ工程设计¨工程技术研究¨软件开发2011年12月18日目录前言2一、课设任务要求及目的2二、步进电机细分驱动系统总体设计21、步进电机的原理32、步进电机驱动器原理33、步进电机的细分原理44、系统总体设计概况5三、步进电机细分驱动控制系统的电路设计61、单片机控制电路62、D/A转换电路的设计73、光电耦合驱动电路设计8四、软件设计及编程9五、步进电机细分驱动电路的仿真与调试11结论13总结13参考文献14前言本文讲述了细分驱动技术的原理，重点介绍

2、了细分驱动控制系统的设计方法，设计了一个细分驱动器的设计方案，本文采用常用单片机AT89C51作为脉冲发生器，同时也作为细分控制信号的发生源，应用DAC0832实现D/A转换，采用光耦器件构成步进电机的驱动电路，最终组成电机细分数可选的驱动控制系统。本文最终通过proteus软件进行电路仿真，仿真结果证明了本次设计的细分驱动控制系统的可行性、可靠性，并且具有精度高、低频运行平滑、稳定性高的优点。一、课设任务要求及目的题目1步进电机细分驱动设计要求：1、实现2相步进电机的2,4,8细分控制2、通过按键输入相应的细分参数，电机按照细分数进行运行3、设计相应的驱动电路和程序，并通过仿真软

3、件进行仿真4、撰写4000字左右的设计说明书二、步进电机细分驱动系统总体设计1、步进电机的原理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的特点。使得步进电机在数控机床、打印机、绘图仪、机器人控制、石英钟表等场合都有广泛的应用。步进电机一般分为永磁式、反应式和混合式3种类型。目前，二相混合式步进电机的应用最为广泛。市场上常见的BYG通用系列二相步进电机是圆形混合式步进电机

4、，步距角一般为1.8度。图一为二相式步进电机的工作原理示意图。由图可知，它有两个绕组，当一个绕组通电后，其定子磁极产生磁场，将转子到相应的磁极处。若绕组在控制脉冲的作用下，通电方向顺序按照：，则电机将顺时针转动；若绕组在控制脉冲的作用下，通电方向顺序按照：，则电机将逆时针转动。控制脉冲每作用一次，通电方向变化一次，使电机转动一步，即一个步距角。脉冲频率越高，电机转动也就越快。图2.1：二相步进电机工作原理2、步进电机驱动器原理由于步进电机不能直接接到直流或工频交流电源上工作，步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一

5、定顺序通电。如图所示，它一般由脉冲发生分配控制单元、功率驱动单元、反馈保护等单元组成，功率驱动单元与步进电机直接相连。以二相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电顺序为：，其状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；若方向信号为负时，通电时序就变为，电机就逆时针转动。随着电子技术的发展，功率放大电路由单电压电路、高低电压电路发展到现在的斩波恒流驱动电路。光电耦合驱动电路的基本原理是：其应用于开关电源的控制信号传输与隔离，在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的

6、。利用了其共模抑制比很高，可做线性耦合器使用的特点。3、步进电机的细分原理细分的基本概念是：步进电机通过细分驱动器，其步距角变小了。假设驱动器工作为10细分状态，其步距角就是“电机固有步距角的十分之一”。也就是说，当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8度；而当细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动0.18度。细分功能是由驱动器靠精确控制电机的相电流实现的，与电机无关。即细分驱动技术是通过改进驱动电路中对绕组电流的控制方式来实现的，细分驱动技术是一种电流波形控制技术。在步进电机步距角不能满足使用要求时，采用细分驱动器来驱动步进电。细分驱动器的原

7、理就是通过改变A、B相电流的大小，以改变合成磁场的夹角，从而可将一个步距角细分为多步。以二相步进电机为例，通电方向电机每转一步，距角为45度，比原来减小了一半，8个脉冲电机转一周。这就实现了2细分。同理可知4细分、8细分的原理。图2.2细分后步进电机步距角按下列方法计算：步距角=电机固有步距角／细分数。4、系统总体设计概况根据以上的原理分析，在本次课设中我采用了基于单片机控制的细分驱动电路。其系统框图如下图。驱动系统分成四个部分：单片机控制电路、D/A转换电路、功率放