基于单片机的步进电机控制毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的步进电机控制毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

接电机引出线蓝线 步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。 步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。 电压对力矩影响如下： 图 电压频率特性图 细分驱动器 在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻（ A， B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。 图 细分驱动器 原理图 7 第四章 步进电机的单片机控制 步进电机控制系统组成 图 用微型机控制步进电机原理系统图 与传统步进控制器相比较有以下优点： 一、 用微型机代替了步进控制器把并行二进制码转换成串行脉冲序列，并实现 方向控制。 二、 只要负载是在步进电机允许的范围之内，每个脉冲将使电机转动一个固定 的步距角度。 三、 根据步距角的大小及实际走的步数，只要知道初始位置，便可知道步进电 机的最终位置。 步进电机控制系统原理 脉冲序列的生成 图 脉冲的生成 图 脉冲幅值：由数字元件电平决定。 TTL 0 ～ 5V CMOS 0 ～ 10V 接通和断开时间可用延时的办法控制。 要求：确保步进到位。 方向控制 步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。 三相六拍，通电顺序为 : 正转 : A→ AB→ B→ BC→ C→ CA 反转 : A→ AC→ C→ CB→ B→ BA 改变通电顺序可以改变步进电机的转向 脉冲分配 实现脉冲分配（也就是通电换相控制）的方法有两种：软件法和硬件法 通过软件实现脉冲分配 软件法是完全用软件的方式，按照给定的通电换相顺序，通过单片机的 I/O 向驱动电8 路发出控制脉冲，下面以三相六拍为例 ： 上面提到了三相六拍工作方式通电换相得正序为 AABBBCCCAA,，反 序为 AACCCBBBAA 图 用软件实现脉冲分配的接口示意图 注： ： A 相驱动 ： B 相驱动 ： C 相驱动 三相六拍控制字如下表所示： 表 三相六拍工作方式的控制字 注： 0代表使绕组断电， 1代表使绕组通电 在程序中，只要依次将这 10 个控制字送到 P1 口，步进电机就会转动一个齿距角，每送一个控制字，就完成一拍，步进电机转过一个步距角。 软件法在电动机运行过程中，要不停地产生控制脉冲，占用了大量的 CPU 时间，可能使单片机无法同时进行其他工作（如监测等），所以，人们更喜欢用硬件法。 通过硬件实现脉冲分配 所谓硬件法实际上就是使用脉冲分配器 8713，来进行通电换相控制。 8713 是属于单极性控制，用于控制三相和四相步进电机，我们选择的是三相六拍工作方式。 8713 可以选择单时钟输入或双时钟输入，具有正反转控制、初始化复位、工作方式和输入脉冲状态监视等功能，所有输入端内部都设有斯密特整形电路，提高抗干扰能力，使用 4~18V 直流电源，输出电流为 20mA。 本例选用单时钟输入方式， 8713 的 3 脚为步进脉冲输入端， 4 脚为转向控制端，这两个引脚的输入均由单片机提供和控制，选用对三相步进电机进行六拍方式控制，所以 6 脚接高电平， 7 脚接地。 如 图 所示： 9 图 89C51 单片机系列和 8713 脉冲分配器的接口图 由于采用了脉冲分配器，单片机只需提供步进脉冲，进行速度控制和转向控制，脉冲分配的工作交给 8713 来自动完成，因此， CPU的负担减轻许多。 步进电机与微型机的接口电路 由于步进电机的驱动电流较大，所以微型机与步进电机的连接都需要专门的接口及驱动电路。 驱动器可用大功率复合管，也可以是专门的驱动器。 总之，只要按一定的顺序改变 8713 脉冲分配器的 13 脚～ 15 脚 三位通电的状况，即可控制步进电机依选定的方向步进。 由于步进电机运行时功率较大，可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离器（一是抗干扰，二是电隔离。 ）以防强功率的干扰信号反串进主控系统。 电路图如图 所示： 图 单片机与步进电机的接口电路图 一、 图 中 K K K K4 按钮分别控制步进电机正转、反转、加速、减速。 二、 因为我们讨论的是三相六拍的工作方式，所以 和 接高电平， 接低电平。 10 三、 输出步进脉冲。 四、 控制步进电机的转向。 第五章 步进电机的运行控制 步进电机的速度控制 步进电机的速度控制是通过单片机发出的步进脉冲频率来实现，对于软脉冲分配方式，可以采用调整两个控制字之间的时间间隔来实现调速，对于硬脉冲分配方式，可以控制步进脉冲的频率来实现调速。 一、 软件延时法：改变延时的时间长度就可以改变输出脉冲的频率，但这种方法 CPU 长时间等待，占用大量的机时，因此没有实践价值。 二、 定时器中断法：在中断服务子程序中进行脉冲输出操作，调整定时器的定时常数就可以实现调速，这种方法占有的 CPU 时间较少，在各种单片机中都能实现，是一种比较实用理想的调速方法。 步进电机的位置控制 步进电机的位置控制，指的是控制步进电机带动执行机构从一个位置精确地运行到另一个位置，步进电机的位置控制是步进电机的一大优点，它可以不用借助位置传感器而只需要简单的开环控制就能达 到 足够的位置精度，因此应用很广。 步进电机的位置控制需要两个参数。 一、 步进电机控制执行机构当前的位置参数（我们称为绝对位置），绝对位置时有。