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
价值。
关键词:单片机;步进电机;控制器;驱动器
' e" X* x- \* [4 @0引言
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或
! a  B  R5 W; o2 }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
4 z1 W$ x/ Z; ~; E/ L生一矢量磁场,该矢量场会带动转子旋转一角度,使
. m7 n* Y8 P, D8 |* ?/ E得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向:

( e& P% v& {- v7 q致。定子绕组矢量磁场每旋转一个角度,转子也随.
! `1 D% H) T- ^$ v( `& p着该磁场旋转- -一个角度。因此，控制电机转子旋转
* i1 V1 S& S! q6 L) j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
% b$ n8 o: k: o, b0 `0 T进电机每转一周的步数相同， 在不丢步的情况下运;

; A/ ?7 P2 q% e* S* x. P/ H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
& F/ i; d- u- x' H若干小步来驱动,以减小步距角,提高步进分辨率，
& ~( ?( S8 ~8 R; @3 x9 B增加电机运行平稳性。步进电机必须使用专用的步
/ Z2 K+ [3 ^$ n: \$ v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
' S$ J; A5 z& [2 D2 Z! b6 ]上还取决于驱动设备性能的优劣。
* K: v6 U8 \% ?$ q1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
+ P- O3 p- E6 {* q( k3 U1 H' ]动1.59 ,转动一周需要200步。步进电机直接由数
- B9 H" I' s) M( M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、
% Y* D4 n( f" U五相等类型,常用的则以三相为主。三相步进电机
" d# ^( o% ~, {的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍
( O. P& d7 d$ N8 p3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


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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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