基于单片机的步进电机控制器设计

ByGrith4

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
' d6 x/ v( h% b8 `' T' g2 k, o1 M价值。
  H! N$ b8 E/ l2 ^) S: ]关键词:单片机;步进电机;控制器;驱动器
0引言
) d! ~2 C9 O9 R( T- \& {+ }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，
+ o( P# m/ E7 A9 R  p- d1 j3 V位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由
5 |) x2 A" O4 e8 o1 r9 J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
& P) |# I& F7 Q# |' s$ s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:
8 L* h/ N. H* z6 Q. S
2 }4 Z- k1 b, E# e5 j% _致。定子绕组矢量磁场每旋转一个角度,转子也随.
+ k$ c, T' Q8 J- d着该磁场旋转- -一个角度。因此，控制电机转子旋转
# R0 r- k1 c* z. j5 ^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
. b# Q- L' i/ f8 f个步距角,称为一步。根据电压脉冲的分配方式,步
6 K/ F4 E+ k( W3 ]1 A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
: u3 T* k' B4 A4 r" s& }: U, Y/ L进电机每转一周的步数相同， 在不丢步的情况下运;

5 m: K; e9 }, P9 x- g+ v行,其步距误差不会长期积累。随着电力电子技术
9 \7 q$ m$ b* R$ u6 f  c. b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，
2 O) ~0 M9 U0 M9 Q增加电机运行平稳性。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
& g/ p: \! p% P* E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
7 I2 }; i( Z* S3 x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
: t1 J' w! E3 z! }0 C4 S* d动1.59 ,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、
6 i) \% ?. N- A" ?* U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
& T: R/ f- H8 P  ^5 l# G8 X) L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、
- l9 a# n8 R0 g$ o五相等类型,常用的则以三相为主。三相步进电机
* T0 z! Y0 L5 O8 }( q% K, v; P的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍
2 ]9 @% }* \4 J0 o* ]3种，下面具体加以阐述。
, E' A& F: ~2 `, a  [. Y(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

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每来一个脉冲电压,转子就旋转一个步距角,称为一步

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