单片机的步进电机带汇编程序.docx

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单片机的步进电机带汇编程序

摘要

步进电机是一种纯粹的数字控制电机，是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

本文应用单片机AT89C51和脉冲分配器PMM8713，步进电机驱动器，光电隔离器4N25等，构建了步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。

通过AT89C51和脉冲分配器PMM8713完成步进电机的各种运行控制方式，实现步进电机在3相6拍的工作方式下的正反转控制和加减速控制。

并通过步进电机丝杠连动，带动XY工作台的直线运动，实现从起点A点到预定点B点的位移控制。

整个系统采用模块化设计，结构简单，可靠，通过人机交互换接口可实现各功能设置，操作简单，易于掌握。

该系统可应用于步进电机在机电一体化控制等大多数场合。

实践证明，基于单片机控制的步进电机比传统的步进控制器具有更好的性能，更加简单、方便、可靠。

本设计的主要研究对象就是开环伺服系统中最常用的执行器件——步进电机。

关键词:

步进电机单片机正反转控制加减速控制XY工作台

ControlofSteppingMotors

Abstract

 Steppermotorisapuredigitalcontrolmotor,istheelectricpulsesignalintoangulardisplacementorlineardisplacementoftheopen-loopcontrolcomponents.

 Inthispaper,SCMAT89C51andpulsedistributorPMM8713,steppermotordrives,opticalisolator4N25soconstructedsteppermotorcontrolleranddriverasoneofthesteppingmotorcontrolsystem.AT89C51andpulsedistributorPMM8713throughthecompletionofthevarioussteppermotorcontrolmethods,toachieve3-phasesteppermotor6shootinginthewayofworkingandprocessingunderthecontrolReversibledecelerationcontrol.ScrewbysteppermotorlinkedtodriveXYtablelinearmotion,fromastartingpointAtopointBbookingpointdisplacementcontrol.

 Thesystemadoptsmodulardesign,simplestructure,reliableinterfaceforhuman-computerinteractionthroughtherealizationofthefeatureset,simple,easytomaster.Thesystemcanbeappliedtosteppingmotorcontrolinmechatronicsmostoccasions.

Practiceshowsthatthecontrolofsteppermotorbasedonsinglechipthanthetraditionalstepcontrollerhasbetterperformance,moresimple,convenientandreliable.Themainobjectofstudyofthisdesignistheopen-loopservosystem,themostcommonlyusedimplementationofthedevice-steppermotor.

Keywords:

steppermotorcontrolMCUReversibleaccelerationanddecelerationcontrolXYtable

目录

1绪论1

1.1步进电机及其发展1

1.2步进电机在我国的发展应用及前景1

1.3本文研究内容2

2步进电机的分类、结构、工作原理及特性2

2.1步进电机的概念2

2.2步进电机的特点3

2.3步进电机的分类3

2.4步进电机的结构及工作原理4

2.4.1结构4

2.4.2对齿和错齿4

2.4.3工作原理5

2.4.4工作方式（三相）6

2.5步进电机的常用术语6

2.6步进电机的振荡和失步7

2.6.1振荡7

2.6.2失步8

2.7阻尼方法8

2.8步进电机的矩频特性8

3步进电机的驱动9

3.1单电压功率驱动接口9

3.2双电压功率驱动接口10

3.3高低压功率驱动接口10

4步进电机的单片机控制11

4.1步进电机控制系统组成11

4.2步进电机控制系统原理11

4.2.1脉冲序列的生成12

4.2.2方向控制12

4.3脉冲分配12

4.3.1通过软件实现脉冲分配12

4.3.2通过硬件实现脉冲分配13

4.4步进电机与微型机的接口电路14

5步进电机的运行控制15

5.1步进电机的速度控制15

5.2步进电机的位置控制15

5.3步进电机的加减速控制16

6步进电机的XY工作台17

6.1设计目标17

6.2X、Y工作台的传动方式18

6.3程序框图21

6.4汇编程序23

设计总结26

参考文献...........................................................................................................................................27

1、绪论

步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。

单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。

1.1步进电机及其发展

随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。

步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。

1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。

到20世纪60年代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生。

步进电机往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。

在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

图1.1步进电机的外观图

1.2步进电机在我国的发展应用及前景

我国步进电机的研究及制造起始于本世界50年代后期，从50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。

我国在文化大革命中开始大量生产和应用步进电机，例如江苏、浙江、北京、南京、四川等各地都有投入生产，而且都在各行业使用，其中的驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。

中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。

70年代初期，步进电机的生产和研究都有所突破，除反映在驱动器设计方面的长足进步以外，对反应式步进电机本体的设计研究发展到一个较高的水平。

70年代中期至80年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。

至80年代中期以来，由于步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及驱动器作为产品广泛利用。

国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。

一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。

国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。

国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。

目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。

仅仅处于一种盲目的仿制阶段。

这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。

虽然步进电机已被广泛地应用，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。

1.3本文研究内容

本设计主要是研究基于单片机的步进电机控制，采用单片机AT89C51和脉冲分配器PMM8713控制步进电机在三相六拍工作方式下的启停控制，正反转控制和加减速控制，以实现基于步进电机的XY工作台两点间的位移控制。

2步进电机的分类、结构、工作原理及特性

2.1步进电机的概念

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

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（及步进角）。

我们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；同时我们也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。

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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

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。

从原理上讲，步进电机是一种低速同步电动机。

2.2步进电机的特点

1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%，角位移与输入脉冲数严格成正比，没有累计误差，具有良好的跟随性。

2.步进电机外表不允许较高的温度。

　　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.步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。

5.由步进电机与驱动电路组成的开环数控系