基于单片机的步进电机控制器设计

第２８卷第２期煤矿机械Ｖｄ．２８Ｎｏ．２１竺！！望ｇＱ堂丛ｉ塾曼丛塑ｈｉ望旦受！兰：！！！！

基于单片机的步进电机控制器设计

杜家熙。陈艳锋，李国厚‘

（河南科技学院，河南新乡４５３００３）

摘要：步进电机是一种常用的机电执行元件，相应的控制和驱动电路对于其整体性能起着非常重要的作用。采用常见的ＡＴ８９Ｓ５１单片机和步进电机驱动芯片Ｌ２９８Ｎ实现步进电机的控制和驱动。整个系统具有结构简单、可靠性高、体积小、成本低和实用性强等特点，具有较高的应用推广价值。

关键词：单片机；步进电机；控制器；驱动器

中图分类号：ＴＭ３８３．６文献标志码：Ａ文章编号：１００３—０７９４（２００７）０２—００８８—０４ＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆＳｔｅｐｐｅｒ

ＭｏｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＭｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

ＤＵＪｉａ—ｘｉ，ＣＨＥＮＹａｎ—ｆｅｎｇ，ＬＩＧｕｏ—ｈｏｕ

（ＨｅｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ４５３００３

ｌＣｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒｉｓａｋｉｎｄｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｅｘｅｃｕｔｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄ—

ｉｎｇｄｒｉｖｉｎｇａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔｓｈａｖｅ

ｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｓｕｐｏｎｉｔｓｏｖｅｒａｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅｃｏｍｍｏｎｍｉｃｒｏ—

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｒ８９Ｓ５１ａｎｄｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｃｈｉｐｏｆｔｈｅｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒ１２９８Ｎａｒｅｕｓｅｄｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｄｒｉｖｉｎｇａｎｄｃｏｎ—ｔｒｏｌｏｆｔｈｅｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒ．ｎｅｗｈｏｌｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｓｕｃｈｆｅａｔｕｒｅｓａｓｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｓｍａｌｌｓｉｚｅ，ａｎｄｌＯＷｃｏｓｔ，ｅｔｃ．，ａｎｄｐｏｓｓｅｓｓｅｓｈｉｇｈｅｒＶａｌｕｅｓｏｆ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｇｅｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｓｔｅｐｐｅｒｍｏｔｏｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｄｒｉｖｅｒ

Ｏ引言

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向一致。定子绕组矢量磁场每旋转一个角度，转子也随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

③蜗轮齿根弯曲疲劳强度约束条件４结语

根据蜗轮的齿形及载荷分布情况可选取Ｋ＝该程序将优化设计与绘图一体化，大大缩短了２．３２，仃，：３２．９，故可得约束条件方程式为设计时间，提高了设计质量和图形质量，缩短了产品踟ｃ耻訾ＣＯＳＡ域其。’篓菖嚣耋筹莩篓嚣黼Ｉ黝磊薹菇＇戈＇石Ｊ

工＾ＨＪ！控”Ｌｕ，Ｊ‘：７’ＪＪ托●’ｑ，ＨＨＨＪ…训Ｊｕ了’口ｕ／Ｊ＇Ｉ～址其中Ａ的值可由式（９）通过计算来确定。产品的研制和开发具有重要的实际意义和应用价程序生成脚本文件后保存到计算机内，在ＡＵ．值。

ＴＯＣＡＤ中运行可得到的图形文件如图３所示。，煮篙雾名士鸿，林伟建．ｖｉ砌Ｉ；ａｓｉ。程序设计［Ｍ¨Ｅ京：电子工

业出版社，２００４．

［２］吴宗泽．机械设计师：上册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００２．

［３］陈立周．机械优化设计方法［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００２．

［４］王贤坤．机械ＣＡＤ／ＣＡＭ技术、应用与开发［Ｍ］．北京：机ｔ戒３－－业出

图３图形文件

作者简介：乔桂玲（１９６８一），女，河南焦作人，工程师，河南理工大学在读１：程硕士，主要从事机械设计方面研究．

收稿日期：２００６．１１－０９

第２８卷第２期基于单片机的步进电机控制器的设计——杜家熙，等Ｖ０１．２８Ｎｏ．２

行，其步距误差不会长期积累。随着电力电子技术的发展，可以实现细分驱动，即将一个步距角细分成若干小步来驱动，以减小步距角，提高步进分辨率，增加电机运行平稳性０步进电机必须使用专用的步进电机驱动设备才能够正常工作。步进电机系统的运行性能，除与电机自身的性能有关外，在很大程度上还取决于驱动设备性能的优劣。

１控制原理

步进电机可以直接接受数字信号，不需要进行数字与模拟量的转换，具有高精度快速启停能力。如果选用三相六拍，步距是１．５０，即进一步，电机转动１．５。，转动一周需要２００步。步进电机直接由数字信号控制，其控制程序可以分为脉冲序列的生成、方向的控制、步进电机变速控制程序３部分。

１．１步进电机控制的基本原理

步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制２个方面。从结构上看，步进电机分为三相、四相、五相等类型，常用的则以三相为主。三相步进电机的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍３种，下面具体加以阐述。

（１）换相顺序的控制

步进电机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，其各相的通电顺序为Ａ—Ｂ—ｃ—Ａ，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ＡＢ—ＢＣ—ＣＡ—ＡＢ，三相六拍的通电顺序为Ａ—ＡＢ…ＢＢＣＣ—ＣＡ—Ａ。

（２）步进电机的转向控制

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Ａ—ＡＢ—Ｂ—ＢＣ—Ｃ—ＣＡ—Ａ。如果按反序通电换相，即Ａ—ＡＣ—Ｃ—ＣＢ—Ｂ—ＢＡ—Ａ，则电机就反转。其他方式情况类似。

（３）步进电机的速度控制

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。２个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

１．２步进电机的起停控制

步进电机由于其电气特性，运转时会有步进感，即振动感。为了使电机转动平滑，减小振动，可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波，可以减小步进电机的步进角，提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时，为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑，则需采用合适的锁定波形，产生锁定磁力矩，锁定步进电机的转轴，使步进电机的转轴不能自由转动。１．３步进电机的加减速控制

在步进电机控制系统中，通过实验发现，如果信号变化太快，步进电机由于惯性跟不上电信号的变化，这时就会产生堵转和丢步现象。所以，步进电机在启动时，必须有加速过程，在停止时必须有减速过程。理想的加速曲线一般为指数曲线，步进电机整个减速过程的频率变化规律是整个加速过程频率变化规律的逆过程。选定的曲线比较符合步进电机加减速过程的运行规律，能充分利用步进电机的有效转矩，快速响应性好，缩短加减速的时间，并可防止失步和过冲现象。

在一个实际的控制系统中，要根据负载的情况来选择步进电机。步进电机能响应而不失步的最高步进频率称为“启动频率”，与此类似，“停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不冲过目标位置的最高步进频率。电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应，有了这些数据，才能有效地对电机进行加减速控制。

加速过程由突跳频率加加速曲线组成（减速过程反之）。突跳频率是指步进电机在静止状态时突然施加的脉冲启动频率名。步进电机的最高起动频率（突跳频率）一般为０．１ｋＨｚ到３～４ｋＨｚ，而最高运行频率则可以达到ＮＸ１０２ｋＨｚ。以超过最高起动频率的频率直接起动，会产生堵转和丢步的现象。较为理想的起动曲线应是按指数规律起动。但实际应用时对起动段的处理可采用按直线拟合的方法，即阶梯加速法。一般可按２种情况处理。

（１）已知突跳频率，则按突跳频率分段起动，分段数ｎ＝ｆｉｆｏ；

（２）未知突跳频率，则按段拟合至给定的起动频率，每段频率的递增量（也称阶梯频率）Ａｆ＝ｆ／８，即采用８段拟合。在运行控制过程中，将起始的速度（频率）分为ｎ分，作为阶梯频率，采用阶梯加速法将速度连续升到所需要的速度，然后锁定，按预置的曲线运行，如图１所示。

时间，／５

图１步进电机运行过程中频率变化曲线

在一般的应用中，经过大量实践和反复验证，频率如按直线上升或下降，控制效果就可以满足常规的应用要求。

用单片机实现步进电机的加／减速控制，实际上

就是控制发脉冲的频率。加速时，使脉冲频率增高，减速时则相反。如果使用定时中断来控制电机的速度，加减速控制就不断改变定时器的初值。速度从移。～移：变化，如果是线性增加，则按给定的斜率加／减速；如果是突变，则按阶梯加速法处理。在此过程中要处理好２个问题：。

（１）速度转换时间应尽量短。为了缩短速度转换的时间，可以采用建立数据表的方法。结合各曲线段的频率和各段间的阶梯频率，就可以建立一个连续的数据表，并通过转换程序将其转换为定时初值表。通过不同阶段调用相应的定时初值，就可控制电机的运行。定时初值的计算是在定时中断外实现的，并不占用中断时间，保证电机的高速运行。

（２）保证控制速度的精确性。要从一个速度准确达到另外一个速度，就要建立一个校验机制，以防超过或未达到所需速度。

１．４步进电机的换向控制’

步进电机换向时，一定要在电机减速停止或降到突跳频率范围之内再换向，以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个脉冲结束后以及下一个方向的第１个脉冲前发出。对于脉冲的设计主要要求要有一定的脉冲宽度（一般不小于５肛ｓ）、脉冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了减速一换向一加速３个过程。

２单片机控制系统的设计

２．１硬件组成

步进电机的控制系统主要由单片机ＡＴ８９Ｓ５１、电机驱动芯片Ｌ２９８Ｎ、４×４的键盘，串口方式的共阳ＬＥＤ显示电路（由６片级联的７４ＬＳｌ６４驱动）、电源和时钟电路等几个单元组成，其结构框图如图２所示。借助于ＡＴ８９Ｓ５１中内置的看门狗，可使系统在失控时恢复正常运行。整个系统外围元件少，具有结构简单、成本低廉、可靠性高、使用方便、通用性强等特点。在实际应用中，也可采用大功率的管子来代替Ｌ２９８Ｎ对步进电机进行驱动，成本比较低，缺点是管子的特性有一定差异，对驱动效果有一定的影响。

卜黑卜单片机

ＡＴ８９Ｓ５１

Ｉａ×。键盘卜一

图２控制系统的结构框图

２．２软件设计

在控制系统的工作过程中，主要是通过键盘设定步进电机的工作方式（正反转）、加减速控制、恒速控制、正反转切换控制、起停控制。根据具体的工作情况计算出相应的脉冲频率，继而计算出定时器的初值，建立控制常数表。在具体控制中，主程序根据选定的工作方式不断地从控制常数表中取出速度参数送给定时器，即可实现相应的控制功能。

对于步进电机，其速度值常以频率形式给定，如运行在２０ｋＨｚ下。由图１可知，在电机运行过程中，控制脉冲的频率．厂应随时间变化，以满足电机低速起停及高速运行的需要。低速启动，频率由．矗增大到．＾。电机以设定频率．厂ｈ高速运行。匀减速过程中，频率由．＾减少至．磊，直到停止。

需要指出的是，有些设计方案采用软件延时的办法进行速度控制，其缺点是控制精度低。而且在实际应用中，系统中除了步进电机外还有其他控制对象，在处理其他任务时就不能对步进电机进行有效地控制，无法满足步进电机的控制要求。因此，比较实用的方法足采用定时器工作在中断方式下，可以达到比较高的控制精度。

系统软件由主程序和定时器的中断服务程序组成，程序流程如图３所示。

（ａ）主程序

（ｂ）中断程序

图３系统软件流程图

３结语

步进电机是一种输出与输人数字脉冲对应的驱动元件，具有快速启动和停止的能力。转子运动的速率仅取决于驱动脉冲频率，转子运动的总位移也仅取决于总的驱动脉冲数，步距精密准确，而且不易受电压、电流的波动，脉冲波形状，自身和环境温度

第２８卷第２期煤矿机械Ｖ０１．２８Ｎｏ．２兰里竺！星．ｇ丝堕墼迪ｈ迪翌竺：！！！：基于ＶＢＡ的冲模标准件参数化设计与实现

刘细芬。谢有富。韦春鸾

（广西工学院，广西柳州５４５００６）

摘要：以ＡｕｔｏＣＡＤ软件作为软件平台，用Ａｃｃｅｓｓ软件建立数据库管理系统，并利用参数化和ＶＢＡ语言开发冲压模标准件参数化图形库，对提高模具设计水平，缩短模具制造周期有一定的参考价值。用实例介绍了设计过程，也能进行其他专业的参数化图库开发。

关键词：冲压模标准件；参数化；ＶＢＡ；ＡｕｔｏＣＡＤ

中图分类号：ＴＧ３８５．２；ＴＰ３９文献标志码：Ａ文章编号：１００３－０７９４（２０ｃｒ７）０２．００９１．０３ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｔａｍｐｉｎｇＤｉｅ’Ｓｔａｎｄａｒｄ—ｐａｒｔ

ＢａｓｅｄｏｎＶＢＡ

ＬＩＵＸｉ—ｆｅｎ，ＸＩＥＹｏｕ—ｆｕ，ＷＥＩＣｈｕｎ—ｌｕａｎ

（Ｑ呼ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉｕｚｈｏｕ５４５００６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｉｎｇＡｕｔｏＣＡＤ幽ｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄＡｃｃｅｓｓａｓＤＢＭＳ．ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｄｒａｗｉｎｇｄａｔａｂａｓｅｆｏｒｓｔａｍｐｉｎｇ

ｄｉｅｓｔａｎｄａｌ［ｄ—ｐａｒｔｓｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｂｙｐａｒａｍｅｔｒｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄＶＢＡｌａｎｇｕａｇｅ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｓ‰ｄｅ—ｓｉ鼬ａｇｌｅｖｅｌｏｆｔｈｅｄｉｅ，ａｎｄｃｕｔｓｄｏｗｎｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｔｈｅｍｏｕｌｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｙｅｘａｍｐｌｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅＩｍｒｍｎｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｄｒａｗｉｎｇｄａｔａｂａｓｅｆｏｒｏｔｈｅｒｓｐｅｃｉａｌｉｔｙｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔａｍｐｉｎｇｄｉｅｓｔａｎｄａｒｄ—ｐａｒｔｓ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＶＢＡ；ＡｕｔｏＣＡＤ

０引言

ＣＡＤ软件具有强大的绘图和图形编辑功能，用它来设计模具，可以极大提高设计效率和制图质量。对于相同零件，由于尺寸不同，在ＣＡＤ软件中仍需要重复绘制。而在冲压模设计中大部分零件如导柱、导套、模柄等都属标准件，绘制时仍然浪费大量的时间和精力。为了缩短模具开发周期，提高效率，用ＣＡＤ软件内嵌的面向对象编程语言ＶＢＡ对ＣＡＤ软件进行二次开发，实现在ＣＡＤ模型空间环境下绘图，利用尺寸驱动原理，使尺寸的变化能自动转化到几何形体的相应变化上，用于对形状相同，尺寸不同，但拓扑关系不变冲压模标准件上。运行该系统，改变参数值，可自动生成冲模标准件不同尺寸图形。即进行参数化绘图，极大地提高了绘图效率。

１总体方案设计

１．１设计思想及开发工具

每种模具标准件有不同尺寸系列，同一系列的标准件拓扑结构是相同的，不同的只是尺寸参数，在

斗辜斗枣斗ｅ斗ｅ斗ｅ斗辜■辜斗窜斗辜耳搴斗ｅ斗辜斗辜斗ｅ斗辜斗皋斗枣斗ｅ斗ｅ砖窜斗ｅ斗ｅ■ｅ■皋斗枣斗ｅ斗ｅ斗ｅ斗辜斗辜斗ｅ艇ｃ斗枣斗ｅ辱辜斗ｅ耳ｅ斗搴■辜斗ｅ斗枣斗ｅ斗ｅ斗枣辱ｅ蚌ｅ

变化等干扰因素的影响。在一定的频率范围内，启动、停止、正转、反转等运动方式的改变，都不会产生失步现象。采用ＡＴ８９ｓ５１单片机设计的三相步进电机控制系统，外围器件少，性价比高，不需扩展存储器。整个系统具有结构简单、成本低廉、可靠性高、使用方便、通用性强和控制精度高等特点，运行平稳，控制效果良好。

参考文献：

［１］李颖宏，郭栋．采用ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的步进电机通用控制器［Ｊ］．微特电机，２００３（２）：４４—４５．

［２］敬岚，朱海君，张硕成，等．步进电机控制系统的设计及其应用［Ｊ］．核技术，２００５（６）：４７９—４８２．

［３］殷华文，于兆和，马志刚．ＰＬＣ对步进电机的控制技术［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２００３（８）：６５—６７．

［４］丁伟雄，杨定安，宋晓光．步进电机的控制原理及其单片机控制实现［Ｊ］．煤矿机械，２００５．２６（６）：１２７—１２９．

（１１）：６１—６２．

［６］张颖．步进电机与交流伺服电机性能对比分析［Ｊ］．农机化研究，２００４（３）：９８．

［７］陈曾汉，麦苗，万华强．多任务测控系统中的步进电机升降速控制［Ｊ］．微特电机，２００３（４）：３１—３２：

［８］黄赞．基于Ａ髓９Ｃ５ｌ单片机的步进电机伺服系统设计［Ｊ］．机床与液压，２００４（３）：４８—５０．

［９］李朝青．单片机原理与接口技术［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００４．

［１０］王玉琳．三相反应式步进电机的一种实用型驱动器［Ｊ］．电力电子技术，２００５（３）：７ｌ一７３．

［１１］刘清．一种控制步进电机转速的方法［Ｊ］．微特电机，２００４（１）：４７：

作者简介：杜家熙（１９６４一），河南获嘉人，副教授，工学硕士，主要从事机械制造、数控技术、ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的教学与科研工作，发表论文近３０篇

［５］周忠辉．步进电机驱动的实现方法［Ｊ］．仪表技术与传感器，２００４

收稿日期：２００６－１２．２２

基于单片机的步进电机控制器设计

作者：杜家熙， 陈艳锋， 李国厚， DU Jia-xi， CHEN Yan-feng， LI Guo-hou

作者单位：河南科技学院,河南,新乡,453003

刊名：

煤矿机械

英文刊名：COAL MINE MACHINERY

年，卷(期)：2007，28(2)

引用次数：3次

参考文献(11条)

1.李颖宏.郭栋采用MSP430F149的步进电机通用控制器[期刊论文]-微特电机 2003(2)

2.敬岚.朱海君.张硕成.乔卫民.梁义海步进电机控制系统的设计及其应用[期刊论文]-核技术 2005(6)

3.殷华文.于兆和.马志刚PLC对步进电机的控制技术[期刊论文]-组合机床与自动化加工技术 2003(8)

4.丁伟雄.杨定安.宋晓光步进电机的控制原理及其单片机控制实现[期刊论文]-煤矿机械 2005(6)

5.周忠辉步进电机驱动的实现方法[期刊论文]-仪表技术与传感器 2004(11)

6.张颖步进电机与交流伺服电机性能对比分析[期刊论文]-农机化研究 2004(3)

7.陈曾汉.麦苗.万华强多任务测控系统中的步进电机升降速控制[期刊论文]-微特电机 2003(4)

8.黄赞基于AT89C51单片机的步进电机伺服系统设计[期刊论文]-机床与液压 2004(3)

9.李朝青单片机原理与接口技术 2004

10.王玉琳三相反应式步进电机的一种实用型驱动器[期刊论文]-电力电子技术 2005(3)

11.刘清一种控制步进电机转速的方法[期刊论文]-微特电机 2004(1)

相似文献(10条)

1.期刊论文高亮8051单片机对步进电机的控制及步进电机升降速曲线的设计-测控技术2002,21(11)

步进电机是一种易于精确控制的电机,由于其良好的性能而受到广泛的应用.其控制方法也多种多样.介绍了8051系列单片机对步进电机的控制方法,并且提出和对比了几种步进电机升降速曲线的设计方案.

2.学位论文刘爱萍基于C8051F005单片机的两相混合式直线步进电机驱动系统的设计2007

本课题采用比普通单片机快十多倍的C8051F005单片机，设计了基于C8051F005控制的直线步进电机驱动控制系统，扩大了细分度和速度的可调节范围。 在控制策略上，依据直线步进电机力一速特性和动力学方程，推导了直线步进电动机理想的升降速控制曲线，实现了指数规律的升降速控制，使系统具有良好的动态特性，解决了点位控制中的失步和直线步进电机行程末端的机械冲击问题；采用等幅均匀细分控制技术，有效地克服直线步进电机低频振动，提高了电机在中、低速运行时的性能，提高了系统的分辨率，减小了噪音；采用具有恒流斩波功能的专用驱动芯片，使直线步进电机绕组电流恒定，电机运行更加平稳。 完成了C8051F005单片机和UC3717A结合的硬件电路设计，用汇编语言编写直线步进电机定位、匀速往返和加减速三种运行方式控制程序。实现了对直线步进电机的启停、定位、调速及正反向运行的控制。最后在SLPMU-025A样机上进行了测试，实验结果满足设计要求。 该驱动控制系统可做为步进电机本体研发的配套设备，通过修改软件参数也可推广应用于其他步进电机的驱动控制，具有较好的应用前景。

3.学位论文李海波单片机对步进电机三相六拍指数规律升降速的并行控制2003

该文根据步进电机的动力学方程和矩-频特性曲线建立系统的数学模型,采用指数规律的升降速算法,对升降速的过程进行离散处理,用定时器控制发出脉冲的时间间隔,采用查表和计算相结合的方法实现了步进电机的升降速过程的控制.该系统采用单片机为核心对步进电机进行并行控制.系统的软件设计由C51语言编程来实现,系统由十一个模块构成,各个模块完成特定的功能.用单片机仿真系统,对该系统的软、硬件进行了调试.该文还设计了检测系统用于对步进电机转速和步数的检测.最后,该系统可以实现以下功能:在显示器的提示下,由键盘输入运行的步数和稳定运行的速度;由各个功能键控制系统的运行,按启动键后,步进电机按照输入的步数进行走步;如在运行期间按停止键,则步进电机停止运行.研究表明,采用指数规律的升降速曲线将大大地提高微机控制步进电机的最高工作频率,大大缩短所需的升降速时间.

4.期刊论文郑彧.陈鸿.裴焕斗基于SPMC75F2413A单片机的步进电机控制方法-航空科学技术2007(5)

提出了一种基于凌阳SPMC75F2413A单片机的步进电机微步距控制方法.通过单片机10口输出的数据为步进电机的控制信号,信号经微步距两相步进电机专用驱动器SLA7042M驱动步进电机,实现对步进电机的微步距控制.该控制方法由于减小了步进电机的步距角,从而提高了电机的分辨率.实验表明,该方法能够满足系统的精度要求.

5.期刊论文黄勇.廖宇.高林.Huang Yong.Liao Yu.Gao Lin基于单片机的步进电机运动控制系统设计-电子测量技术2008,31(5)

为了改善步进电机的应用性能,提出了由PC机和单片机组成的步进电机控制系统的设计方案,包括硬件设计、软件和界面程序,详细介绍了步进电机的升降速实现原理和方法,用Matlab 7.1绘制了升降速的指数曲线.在PC机上用C++Builder 6.0开发了系统的应用软件,能够通过串口向单片机发送数据产生控制信号,实现对步进电机的控制.试验结果表明,整个系统成本低、运行平稳、可靠性好.

6.期刊论文孟武胜.李亮.MENG Wu-sheng.LI Liang基于AT89C52单片机的步进电机控制系统设计-测控技术2006,25(11)

时对步进电机工作方式进行设置,具有实时性和交互性的特点;该系统可应用于步进电机控制的大多数场合.实践表明,系统性能优于传统的步进电机控制器.

7.期刊论文闫剑虹.何泰祥.Yan Jianhong.He Taixiang步进电机高速启停控制的单片机实现-空间电子技术

2009,6(2)

文章讨论了步进电机加-减速控制技术,根据步进电机负载对速度响应的要求,提出了一种基于单片机的步进电机高速启停控制的数字化实现方法.实践证明,该方法有效克服了步进电机加速过程中容易出现的失步、堵转等问题.

8.期刊论文王庆东.刘杰辉.陈亦仁.马强.张令.WANG Qing-dong.LIU Jie-hui.CHEN Yi-ren.MA Qiang.ZHANG Ling

单片机在步进电机驱动控制中的应用-煤矿机械2006,27(6)

步进电机的驱动电路采用ULN2803达林顿管,驱动程序写入8051单片机,通过程序控制步进电机的转速和转向.实现软件与硬件相结合的控制方法,使步进电机运行稳定、可靠性高,达到了对步进电机的最佳控制.

9.期刊论文房玉明.杭柏林.FANG Yu-ming.HANG Bai-lin基于单片机的步进电机开环控制系统-电机与控制应用

2006,33(4)

通过ATMEL89C51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,实现了步进电机的开环控制.在步进电机控制器的设计中,重点阐述了脉冲产生电路以及对速度的控制.该系统具有成本低、控制方便的特点.

10.学位论文王晓丹基于单片机的步进电机细分驱动系统的研究2008

混合式步进电机的运行品质既与电机的本体性能有关，也与驱动器和控制器的性能有关。在开环控制下，步进电机的运行噪声大，控制精度低，无法满足很多场合下较高运行品质的要求，因此实现步进电机的闭环控制可以较大地改善步进电机的系统性能。课题的主要研究目的是设计一款新型的基于单片机的步进电机细分驱动系统，实现对步进电机的闭环控制。 本文作者在深入研究步进电机的结构、运行机理和细分驱动原理的基础上，提出了一种基于正弦电流细分和电流追踪型脉宽调制(PWM)的细分驱动技术，实现了电机的恒转矩运行，提高了运行精度。考虑到步进电机非线性的影响

，对将最小二乘法应用于拟合细分步距角误差曲线，以达到修正系统非线性的方法进行了探讨。 在控制策略方面，通过研究两相混合式步进电机的数学模型，构建了步进电机转速闭环控制系统的结构；速度控制器采用模糊自整定PI控制算法。为验证其可行性，建立了驱动系统的仿真模型，对模糊自整定PI控制策略与常规PI控制策略进行了对比仿真分析。 在以上研究的基础，以满足两相混合式步进电机的动态运行特性为出发点，设计了驱动控制器的硬件和软件。驱动控制器主要分为数字控制部分、GAL片逻辑综合信号处理单元、TL494恒流控制电路，驱动功放电路、电流反馈电路、速度检测电路、过流保护电路及系统供电电源模块等。采用单片机DS89C450为控制核心，实现恒流控制、正反转运行、过流保护以及多档位细分等功能。速度检测电路采用增量式光电编码器作为反馈元件，反馈电机转子的实际转速信息，实现闭环控制策略，从而获得优良控制效果。 该驱动控制器已完成制作并进行了联调测试，给出了测试结果并对所测波形进行了分析。实验结果表明，系统硬件和软件设计合理可行，各项技术指标均达到了设计要求，明显地改善步进电机的运行性能，具有一定的实用价值。

引证文献(3条)

1.任工昌.李健基于AT89C51的蠕动式点胶机控制系统设计[期刊论文]-微电机 2009(3)

2.刘晓燕单片机STC12C2052AD的比例遥控系统[期刊论文]-单片机与嵌入式系统应用 2009(3)

3.刘晓燕.蒋朝根基于STC系列单片机的比例遥控系统[期刊论文]-甘肃科技纵横 2008(02)

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/d55953677.html,/Periodical_mkjx200702036.aspx

下载时间：2010年1月2日