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
: e7 S% [* n; j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
- V/ Q7 O% \$ b& E  M# w  o( i4 a3 H价值。
关键词:单片机;步进电机;控制器;驱动器
0引言
7 Z6 c6 _) v  \& i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
* M& ~- a* i2 O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
- K  ?6 h$ F9 M+ _1 H( f得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向:
; M  ^" ~4 v- n( ]
/ f5 F0 N1 ]$ P/ \( o9 Y/ c6 H( o致。定子绕组矢量磁场每旋转一个角度,转子也随.
! ~2 S6 |% h0 o3 r# Z; i# I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
1 O5 o# V! I2 V% M& K$ C5 z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
2 Z* F% u, D9 T, D进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲
  K% @; ~- e& F时，就能一步一步地连续转动,从而使电机旋转。步
5 w0 ^; L, w* D8 t- s7 f2 z1 J进电机每转一周的步数相同， 在不丢步的情况下运;

行,其步距误差不会长期积累。随着电力电子技术
6 m' h' t% e6 R+ H+ J8 ]0 {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，
% ]$ A4 P8 n2 i) b6 s增加电机运行平稳性。步进电机必须使用专用的步
& E1 }; }" I' p) Y$ c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
* j2 i2 r: M; t" w7 T上还取决于驱动设备性能的优劣。
" j8 X7 ]8 G0 p. R$ _- c1控制原理
步进电机可以直接接受数字信号,不需要进行
5 D; l8 g: |7 x7 \* _4 h9 k9 S数字与模拟量的转换,具有高精度快速启停能力。.
3 ?- U- d+ E% O1 p+ m如果选用三相六拍，步距是1.50, 即进一步,电机转
" z5 p! ]2 ?6 m% j; K4 X& B- t/ r% f动1.59 ,转动一周需要200步。步进电机直接由数
; j/ {3 X. K* `$ k- c" Q字信号控制,其控制程序可以分为脉冲序列的生成、
1 g6 e+ C) ?" e  T2 W方向的控制、步进电机变速控制程序3部分。
% t! }7 e( A% D1.1 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
# S" K$ ~5 Q7 E9 |+ Q" S! `- }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
5 O6 Q% @. I0 M1 l: q5 }6 {: F3种，下面具体加以阐述。
4 ]" b& |* v4 c" H6 k0 c(1)换相顺序的控制
4 c" n5 ?% L) d, W2 D% Q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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