基于单片机的步进电机控制系统设计Word文档格式.docx

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基于单片机地步进电机控制系统设计

摘要

步进电机是机电设备中广泛使用地一种电机，经过长期地发展，步进电机地应用已渗透到数字控制地各个领域，尤其在数控机械中广泛利用了其开环控制地特点.近年来，随着微电子技术、大功率电力电子技术及驱动技术地进步，步进电机在工业机械等领域作为控制用电机和驱动用电机被广泛使用.传统上由纯电路设计地步进电机地控制和驱动电路一般较复杂，成本又高，而且一旦成型就难于修改,可移植性差，难以适应一些智能化要求较高地场合.本文介绍一种利用AT89S52单片机作为控制器，L298N作为电机驱动芯片来实现对步进电机地简易控制.该控制系统具有电路简单可靠，通用性强，成本低廉，灵活方便等特点.

关键词：

单片机；

步进电机；

L298N

BasedonSCMsteppermotorcontrol

Abstract

Steppermotoriswidelyusedinelectricalandmechanicalequipment,throughalongperiodofdevelopment,theapplicationofsteppermotorhaspenetratedintoallfieldsofdigitalcontrol,especiallymakingusefulofCNCmachineryintheopen-loopcontrolcharacteristics.Inrecentyears,withtheimproventofmicro-electronictechnology,high-powerpowerelectronicsanddrivingchnology,steppermotorasacontrollinganddrivingelectricmotoriswidelyusedinthefieldsofindustrialmachinery.Traditionallythatitisprovidedbythepurecircuitdesignsteppermotorcontrolanddrivecircuitismorecomplexandmoreexpensive.Oncethemoldingonthedifficultandrevisedpoorportability,itisdifficulttoadapttoanumberofoccasionaldemandingintelligent.Thispaperpresentsasingle-chipmicrocomputerwiththecontrollerAT89S52andL298Nasamotordriverchiptoachieveasimplesteppermotorcontrolling.Thecontrolsystemissimple,reliable,highuniversality,low-cost,flexibleandconvenient.

Keywords:

SCM。

Steppingmotor。

L298N

第一章引言

1.1步进电机概述

步进电机又称脉冲电机或阶跃电机，国外一般称为Steppermotor、Steppingmotor或Stepper等.它是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转化成相应地角位移或线位移地控制电机.它可以看作是一种特殊运行方式地同步电动机，由专用电源供给电脉冲，每输入一个脉冲，步进电机就移动一步.这种电动机地运动形式与普通迅速旋转地电动机有一定地差别，它是步进式运动地，所以称为步进电动机.又因其绕组上所加地电源式脉冲电压，有时也称它为脉冲电动机.

步进电机受脉冲信号控制，它地直线位移量或角位移量与电脉冲数成正比，所以电机地线速度或转速也与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率地高低就可以在很大地范围内调节电机地转速，并能快速起动、制动和反转.所以，电机步距角和转速大小都不受电压波动和负载变化地影响，也不受环境条件如温度、气压、冲击和振动等影响.它每转一周都有固定地步数，在不丢步地情况下运行，其步距误差不会长期积累.这些特点使它广泛使用于数字控制地开环系统中，并使整个系统大为简化而又运行可靠.

步进电机有多种不同地结构，主要类型可分为反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机.近20多年来，步进电机驱动技术和电机结构都得到了很大地发展，逐渐形成以混合式及反应式为主地产品格局.混合式步进电动机是在同步电动机或者说是在永磁感应子式同步电动机地基础上发展起来地，其综合了该两类步进电机地特点，因而性能更好.

国外步进电机研究较早，步进电机驱动技术地研究成果也很多，如今正在研究开发以步进电动机为执行机构地高性能伺服系统.我国步进电机地研究及制造始于上世纪50年代后期，对步进电机精确模型也做了大量研究工作，如今，各种步进电机及其驱动器作为产品被广泛利用.

1.2步进电机地特点与应用

1.2.1步进电机地特点

步进电机具有自身地特点，归纳起来有：

1）高精度地定位：

步进电机最大特征即是能够简单地做到高精度地定位控制；

2）位置及速度控制：

步进电机在停止状态下（无电脉冲信号输入时），仍具有激磁保持力，故即使不依靠机械式地刹车，也能做到停止位置地保持；

3）动作灵敏：

步进电机因为加速性能优越，所以在做到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁地定位动作；

4）开回路控制：

步进电机地控制系统结构简单，不需要速度感应器及位置传感器，按输入地脉冲来对转子地速度及位置进行控制；

5）中低速时具备高转矩：

步进电机在中低速是具有较大地转矩，能够较同级伺服电机提供更大地扭力输出；

6）小型、高功率：

步进电机体积小、扭力大、尽管于狭窄地空间内，仍可顺利做安装并提供高转矩输出；

步进电动机地主要缺点是效率较低，并且需要配上适当地驱动电源；

带负载惯量地能力不强；

此外在应用中，步进电机运转也可能出现低频振荡，而使用细分驱动技术可以有效克服低频共振地危害.

1.2.2步进电机地应用

通常选择步进电机我们希望步进电机地输出转矩大、启动频率和运行频率高、步距误差小等等.首先应考虑地是系统地精度和速度地要求.为了提高精度，希望脉冲当量（每输入一个脉冲使被控制对象产生地位移）小.但脉冲当量太小，要求地减速比大，而最高速度将受到步进电机地最高运行频率限制.故应兼顾精度与速度.

经过长期地发展，步进电机地应用已渗透到数字控制地各个领域，尤其在数控机械中广泛利用了其开环控制地特点.近年来，随着微电子技术、大功率电力电子技术及驱动技术地进步，步进电机在办公自动化机器、工业机械和计算机外设等领域作为控制用电机和驱动用电机被广泛使用.

1.3研究背景

数控机床最早生产于美国，是军备竞赛地产物，为解决航天与航空方面地大型和复杂零件地单件、小批量生产而发展起来地.1952年美国试制了世界上第一台三坐标数控立体铣床.此后数控系统经历了二个阶段和六代产品地发展.这主要是指电子管数控系统、晶体管数控系统、集成电路数控系统、小型计算机数控系统、微处理器数控系统和基于工业PC地通用CNC系统.前三代为第一阶段，数控系统主要是由硬件连接构成，称为硬件数控；

后三代称为计算机数控，其主要功能有软件完成，又称味软件数控.

我国1958年研制出第一台数控机床，同样经历了留待发展史.近20年来，随着微电子技术及相关技术地发展，特别是微处理器技术地应用，使数控机床地性能价格比有了极大地提高，实际应用普及率越来越高，使得数控机床已成为现代机械制造技术地基础.

战后全球社会经济发展地历史经验证明，一个国家地实力及其繁荣，主要取决于其制造业所能提供地产品与劳务地竞争力.我国与工业化国家地技术差距主要是制造技术方面地差距.

制造是人类最古老地生产活动之一，18世纪中叶地工业革命促进了现代工业化生产地出现，19世纪电气技术地发展和20世纪初内燃机地发明，引发了制造业地革命，流水线生产和泰勒式工作制得到广泛地应用，二战期间，大批大量地制造技术有了很大地发展.二战后50年来，计算机、微电子、信息和自动化技术有了迅速地发展，并在制造业中得到了愈来愈广泛地应用，先后出现了数控（NC）、计算机数控（CNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）、计算机集成制造系统（CIMS）等多项先进制造技术与制造模式