毕业设计单片机Word格式文档下载.docx
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现阶段，反应式步进电机获得最多的应用。
步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点进电机可以和现代的数字控制技术相结合。
不过步进电机在控制的精度、速度化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。
在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机，步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。
使用恰当的时候，甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。
步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。
它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。
早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。
随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。
比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。
步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。
除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。
步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。
伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。
1.3步进电机的技术指标
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；
同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度
或15度；
反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相：
两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为
0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。
1、步进电机的一些基本参数：
（1）
电机固有步距角：
它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。
电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°
/1.8°
（表示半步工作时为0.9°
、整步工作时为1.8°
），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。
（2）步进电机的相数：
是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。
电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°
、三相的为0.75°
/1.5°
、五相的为0.36°
/0.72°
。
在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。
如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。
（3）
保持转矩（HOLDING
TORQUE）：
是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。
它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。
由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。
比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。
（4）DETENT
TORQUE：
是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。
DETENT
TORQUE
在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；
由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT
TORQUE。
2、步进电机的一些特点：
（1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
（2）步进电机外表允许的最高温度。
步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；
一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
（3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；
频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
（4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：
空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。
在有负载的情况下，启动频率应更低。
如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
第2章课题分析
2.1步进电机工作原理
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，通俗一点讲：
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。
这样就可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；
同时还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点,使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
图2-1步进电机通电示意图
下面以二相四拍的步进电机为例，如图2-1所示。
它的通电顺序如下表2-1所示：
表2.1步进电机励磁表
A+
A-
B+
B-
1
2
3
即按图中的通电顺序，每给一个脉冲，电机便相应地走一步，且步进电机正方转动的脉冲顺序为：
0A060509；
步进电机反方向转动的脉冲顺序为：
0905060A。
所以，根据这样的脉冲递顺序，我们只要在实验中给步进电机传送这样的信息，步进电机就可以运转了，至于电机的具体运行规律，只要在程序中添入适当的控制规律就可以了。
2.2课题的总体思路构想
本课题研究的是用单片机为核心器件，实现对步进电机的控制。
其总体思路如框图2-2：
图2-2控制系统总体思路框图
步进电机的控制系统实际上就是步进电机驱动器内部的环行分配器的设计。
环行分配器是一种特殊的可逆循环计数器，这种计数器的输出不是一般的编码，而是根据步进电机的励磁状态编写的特殊编码。
步进电机正常工作必须按照该种电机的励磁状态转换表和顺序对各相绕组进行通电和断电，环行分配器的功能就是把来自控制环节的时钟脉冲按一定的顺序分配给步进电机驱动器的各相输入端，由于电机有正转和反转的要求，所以环行分配器的输出既是周期的，又是可逆的。
其框图如图2-3。
时钟脉冲输
方向电平出
使能输入
图2-3环行分配器
环行分配器的构成可以用集成的现成产品，或用EPROM构成环行分配器，还可以用单片机单独实现。
集成环行分配器现有产品有专门为三相步进电机设计的CH250芯片等，但这种产品仍然很少，不能满足需求。
所以用户现在仍然较多的自己定义环行分配器。
2.3环行分配器的设计
2.3.1EPROM实现的环行分配器
目前，在我国应用引进的单片机主流产品是MCS-48，MCS-51，MCS-96系列的，在应用中MCS-51又占据了绝大部分，而MCS-51的单片机多数没有片内ROM或EPROM，所以要用到外部程序存储器，所以EPROM也得到了较多的应用。
EPROM是一种紫外线擦除的可编程只读存储器，现在市场有2716、2732、2764、27128、27256等型号，这种存储器个地址的内容可由用户自己编程定义，所以励磁状态表可编程完成，这样就把复杂的电路用程序代换，既提高了可读性，又提高了安全性。
在EPROM芯片上有一个石英玻璃窗口，当需将片内信息擦掉时，只需用紫外线通过该窗口用1.2KW的紫外线灯光照射15~30分钟，便可完成信息的擦洗。
A串行控制的环行分配器
具有串行功能的单片机系统与步进电机环行分配器之间只需两条控制线，一条用来发送时钟脉冲，另一条用来发送方向电平信号。
由于单片机与环行分配器之间只有两条控制线，故结构简单。
系统从CP脉冲控制线按电机旋转速度的要求发出相应周期的脉冲，即可使电机旋转，当需电机转速恒定时，只需发出恒定周期的脉冲串；
当需电机加（减）速运行时，只需发出递增（减）的脉冲串；
当需要停止运行时，只要停止发出脉冲就行了。
由此可方便的对电机转速进行控制。
图2.3简单画出了这种控制方法的接线图，图2-4中采用了8031的P1.0作为方向电平信号，P1.1作为CP脉冲信号。
图2-4串行控制示意图
B并行控制的环行分配器
用单片机系统的I/O口直接去控制步进电机各相驱动线路的方法称为并行控制。
环行分配器的功能必须由单片机系统完成。
图2.3.2画出了电机控制口的接线图，8031的P1.0~P1.3四条数据线直接接到一个EPROM2764的低四位地址线上，其他地址线均接地，这样P1口输出的数据最多可选通EPROM的
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