步进电机及单片机实现.docx

一 控制原理1.1 步进电机原理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。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。本文用的步进电机为永磁式四相步进电机，步进角为。如下图：图1-1 五线四相以及四线四相步进电机步进电机内部构造如下图所示：不管是两相四相，四相五线，四相六线步进电机。内部构造都是如此。至于究竟是四线，五线，还是六线。就要看A和A之间，B和B之间有没有公共端com抽线。如果a组和b组各自有一个com端，则该步进电机六线，如果a和b组的公共端连在一起，则是5线的。而4线则是没有com公共抽线的。可见，只要控制发送脉冲的顺序以及每秒发送脉冲的数目就可以控制电机的转动方向以及转动速度。1.2 步进电机相关概念相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。本文用的控制方式是四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。每个脉冲转动半个步进角，即3.75度。二 硬件及连接1控制芯片STM32F103C82. 电机驱动芯片UDN2916、ULN2003D图2-1 驱动芯片UDN2916以及ULN2003D两款是常见的步进电机驱动芯片，用于产生步进电机的驱动信号以及提供足够的电压电流。芯片本身没有逻辑控制功能，逻辑信号由控制芯片产生（比如ARM芯片的IO引脚）。以芯片UDN2916为例，该芯片内部由两组相同的电路组成，每组电路包括PWM控制器、电桥以及辅助电路。如图所示：外部逻辑信号通过PWM控制器输入（即IO1、IO2），而步进电机的驱动信号则由电桥输出（即OUTA、OUTB）。该驱动芯片外部电路连接以及与控制芯片的连接如下：三 程序实现程序的编写主要包括两部分，一部分是控制的芯片的配置以及初始化，另一部分是步进电机逻辑控制信号的产生，即脉冲顺序和频率大小。因此，程序的核心代码只有下面两个部分：1. 相序的选择unsigned char RUN_F8=0xfe,0xfc,0xfd,0xf9,0xfb,0xf3,0xf7,0xf6; /五线步进电机相序表unsigned char RUN_T8=0x30,0x0e,0x39,0x07; /四线步进电机相序表2. 逻辑信号的产生，以及延时for (i=0; i8; i+) /一个周期转3.75*8=30度 GPIO_Write(GPIOA, RUN_Fi&0x1f); /取数据 从GPIOA口输出 Delay(0x01FFFF); /调节转速 GPIO_Write(GPIOB, RUN_Ti&0x1f); /取数据 从GPIOB口输出 Delay(0x01FFFF); /调节转速 延时函数由控制芯片的内部时钟做一个简单延时实现。四 总结综合上述，步进电机的控制为简单的控制，如果只要求控制步进电机速度及方向的话（比如一般的打印机），实现起来是十分简单的。原因在于逻辑信号的产生简单、驱动芯片只根据逻辑信号产生响应的驱动信号而不需要做其他的设置与控制。本文中两个电机