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
0 L3 U" e, p8 s8 W+ ~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。
3 z+ R9 l2 C+ p2 _9 A关键词:单片机;步进电机;控制器;驱动器
! L! F# T. D8 |0 e+ w0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，
8 P7 F8 x. U. Z4 S* ]) e位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由
5 c1 y6 Q' k' e/ ]定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行
5 d; C+ v" Q" H* w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 ]5 d# T8 p( T- [9 n- W% ?得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向:

" _! x3 R- r& d致。定子绕组矢量磁场每旋转一个角度,转子也随.
6 T, Q" o" l: Z4 T3 L6 ~着该磁场旋转- -一个角度。因此，控制电机转子旋转
1 x  Y0 i. K6 {8 L# u实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产
5 Z- _, T: m' g5 W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
  V) h+ F+ Q7 `9 f$ F. y进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲
) T' x$ w5 r/ B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;
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. G  L- A2 @* G0 N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
; s$ T# u' q' a- i% X+ G若干小步来驱动,以减小步距角,提高步进分辨率，
+ m" G% Z1 n- _3 M增加电机运行平稳性。步进电机必须使用专用的步
' }' A8 `0 z% v) s! _) o& U4 [! o进电机驱动设备才能够正常工作。步进电机系统的
. O; g# {" B% i运行性能,除与电机自身的性能有关外,在很大程度
) \/ Z) l. o. h2 I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。.
# Z% i. i1 _* z7 f3 c7 V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
8 E. Y" r0 I2 Z: s6 g; Q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、
2 @9 [9 M, \1 g7 {1 N五相等类型,常用的则以三相为主。三相步进电机
# b" q  f4 A3 ]2 {, m7 M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
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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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