基于单片机的步进电机控制器设计

ByGrith4

6 c5 Q: B3 K, ?) j$ t: F$ ?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
# c2 \0 T0 q- l. B7 A3 C! W价值。
. H0 |  ^& r+ f: B* L2 [+ ^关键词:单片机;步进电机;控制器;驱动器
) p4 u% p5 T' b/ D8 z0引言
# G& U$ B1 a. R; w4 ^0 Z步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或
( E8 n9 |2 P3 W4 x+ C2 ?6 R角位移的控制电机,其位移速度与脉冲频率成正比，
9 S7 h( [. H2 J" R& P; k4 S位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由
. n& X! N6 B% L+ [& }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
9 P( |! O7 t" M, U& W5 {& X0 G7 h得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向:
3 ]" g9 }$ g( L4 E
# x) N' s7 E. G0 y7 C+ \0 W1 V8 Z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
5 R5 x2 _+ m, r, M实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产
! H; m3 ~- t. O- f  o- H4 {  }$ `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
$ U+ V9 V$ z$ ^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;

4 k& A; D# O; C% F% y5 b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
' g- d- m; s/ {# u, R) h  {; w若干小步来驱动,以减小步距角,提高步进分辨率，
& j9 W- U1 _% M6 t& M增加电机运行平稳性。步进电机必须使用专用的步
- s$ m0 [' }( u# G: W: B: a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
5 B7 }8 D2 ~0 b上还取决于驱动设备性能的优劣。
1控制原理
* g! W: p/ X2 n- ^$ X# Y步进电机可以直接接受数字信号,不需要进行
# N9 c9 a% F. \5 I数字与模拟量的转换,具有高精度快速启停能力。.
3 _  h, N$ Q& l5 l' P- H如果选用三相六拍，步距是1.50, 即进一步,电机转
动1.59 ,转动一周需要200步。步进电机直接由数
5 F5 `* q6 v1 w* h8 X字信号控制,其控制程序可以分为脉冲序列的生成、
; g, x7 _4 k7 v* L/ `) R# X方向的控制、步进电机变速控制程序3部分。
5 J# g/ H6 O! _) n" s% S, N1.1 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、
- P9 `# H' a. P% d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。
( o$ C& J3 b! ^: i+ v* \8 n; y/ `(1)换相顺序的控制
3 L7 h  ]% a, q3 g( Y6 Z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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