反应式步进电动机驱动器毕业论文.doc

目 录1前言12实验22.1 步进电机驱动系统简介22.2反应式步进电机3 2.2.1步进电机术语解释3 2.2.2步进电机原理过程42.3步进电机驱动器控制系统72.4 四相步进电机驱动器92.4.1驱动电路92.4.2脉冲电路与驱动程序132.4.3电源电路192.5步进电机的调控212.5.1步进电机起动及加/减速控制212.5.2停转232.6整体效果图示233总结255谢辞26参考文献27外文资料28 1前 言步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、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。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用！在当今电子信息行业日趋发展的时代，数字化技术在引领新时代科技发展的浪潮中体现着越来越重要的作用，然而步进电机又是数字化技术中非常重要的一种机器。为了更加了解它的工作原理，本次课设我们就设计了步进电机的一个重要部分步进电机驱动器。它是控制步进电机工作的部分。 在本次课程设计中，将主要设计一个供四相步进电机驱动的驱动器。它要实现以下功能：1. 设计一个方波发生器给整个系统充当时钟，使当每发出一个时钟脉冲，步进电机就转过一定的角度；2设计一个步进电机的驱动信号发生器，可以实现电机正转/反转控制和转速控制，通过控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，从而获得所需的转角、转速及转动方向； 3要求驱动器有足够的输出电流以驱动小功率4相步进电机； 4. 要求可以实现步进电机的单相或双相激励。 步进电机驱动器主要由方波产生电路、脉冲环形分配电路和功率放大电路三大电路组成。方波产生电路主要由555定时器组成，其频率可通过调节滑动变阻器阻值来改变，从而改变电机的转速。脉冲环形分配电路则由移位寄存器构成，通过改变移位寄存器的移动方向来控制电机的转动方向；功率放大电路则是采用二极管，稳压管和电感组成的电路，其目的是为了放大功率，为四相电机提供足够的电流。 总之，步进电机驱动器通过这三大主要电路实现其控制电机的功能，很方便的改变电机的转动速度和方向，从而使电机更好的使与其相连的仪器更好的，更有效的工作。2实 验2.1 步进电机驱动系统简介随着数字化技术发展，数字控制技术得到了广泛而深入的应用。步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能上能满足工业控制的基本要求，所以广泛地应用于手工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器件以及各种可控机械工具等等。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，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。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 步进电机驱动系统的性能，除与电机本身的性能有关外，也在很大程度上取决于驱动器的优劣。典型的步进电机驱动系统是由步进电机控制器、步进电机驱动器和步进电机本体三部分组成。步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号，每发一个脉冲，步进电机驱动器驱动步进电机转子旋转一个步距角，即步进一步。步进电机转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决于脉冲的有无或频率的高低。控制器的方向信号决定步进电机的顺时针或逆时针旋转。通常，步进电机驱动器由逻辑控制电路、功率驱动电路、保护电路和电源组成。步进电机驱动器一旦接收到来自控制器的方向信号和步进脉冲，控制电路就按预先设定的电机通电方式产生步进电机各相励磁绕组导通或截止信号。控制电路输出的信号功率很低，不能提供步进电机所需的输出功率，必须进行功率放大，这就是步进电机驱动器的功率驱动部分。功率驱动电路向步进电机控制绕组输入电流，使其励磁形成空间旋转磁场，驱动转子运动。保护电路在出现短路、过载、过热等故障时迅速停止驱动器和电机的运行。2.2反应式步进电机2.2.1步进电机术语解释步进电机的静态指标术语 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*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。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。动态指标及术语：步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。最大空载起动频率： 电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。最大空载的运行频率： 电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。运行矩频特性： 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如下图所示： 其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。 电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。 如下图所示： 其中，曲线3电流最大、或电压最高;曲线1电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。 要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。电机的共振点：步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式的共振区一般在180-250pps之间（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角为0.9度），电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。电机正反转控制： 当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA时为正转，通电时序为DA-CD-BC-AB时为反转。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。：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）。您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；同时您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。步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，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。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进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。2.2.2步进电机原理过程（1）步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图2.2.1是该四相反应 式步进电机工作原理示意图。 图2.2.1 四相步进电机示意图 (2)开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。(3)当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA时为正转，通电时序为DA-CD-BC-AB时则为反转。（4）四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.2.2.a、b、c所示：2.2.2 步进电机工作时序波形图 本设计所采用的是国产86BYG250型步进电机如图2.2.3所示，它使用+12V直流电源，步距角为1.8度。其参数如表一 图2.2.3 86BYG250型步进电机表一型号相数电压 V电流A电阻电感 mh静转矩 N.M86BYG2502/41230.83.352.8电机线圈由四相组成，即A、B、C、D四相，驱动方式为二相激磁方式，电机各线圈通电顺序如表二所示：表二相顺序ABCD01100101102001131001相顺序从0到1称为一步，电机轴将转过1.8度，01234则称为通电一周，转轴将转过7.2度，若循环进行这种通电一周的操作，电机便连续的转动起来，而进行相反的通电顺序如4321将使电机同速反转。通电一周的周期越短，即驱动频率越高，则电机转速越快，但步进电机的转速也不可能太快，因为它每走一步需要一定的时间，若信号频率过高，可能导致电机失步，甚至只在原步颤动。2.3步进电机驱动器控制系统步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电，其四个状态周而复始变化，电机顺时针转动；若方向信号变为负，电机就逆时转动。如图2.3.1图2.3.1 步进电机控制系统如图2.3.2驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电，控制电机转动。使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下：图2.3.2 驱动器方框图1脉冲信号的产生。 脉冲信号一般由单片机或cpu产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。2、信号分配 四相电机工作方式有二种，四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角为0.9度）。3、功率放大 功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。 为尽量提高电机的动态性能，将信号分配、功率放大组成步进电机的驱动电源。驱动电源与单片机及电机接线图如下图2.3.3图2.3.3 驱动电源与单片机及电机接线图说明：CP 接CPU脉冲信号（负信号，低电平有效）OPTO 接CPU+5VFREE 脱机，与CPU地线相接，驱动电源不工作DIR 方向控制，与CPU地线相接，电机反转VCC 直流电源正端GND 直流电源负端A 接电机引出线红线接电机引出线绿线B 接电机引出线黄线接电机引出线蓝线步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。电压对力矩影响如下图2.3.4：图2.3.4 电压对力矩影响4、细分驱动器 在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。图2.3.5 细分驱动2.4 四相步进电机驱动器24.1驱动电路步进电机的驱动方式很多，有单电压驱动、双电压驱动、斩波驱动、细分驱动和集成电路驱动。由于集成电路集驱动和保护于一体，作为小功率步进电动机的专用驱动芯片，使用起来非常方便。在实际应用中, 我们选择了L298N 集成电路芯片作为驱动芯片。L298 是采用15 脚的Multiwatt 或PowerSO20 封装的单片集成电路芯片，其控制引脚图如下。图2.4.1 L298控制引脚图其结构框图如下图。它内部采用两个高电压、大电流的全桥电路A、B，每个桥需要两个标准的TTL 逻辑电平输入，以驱动继电器、螺线管（电磁铁）、直流电机和步进电机（2 相或4 相）等负载。两个使能引脚EnA、EnB 分别使能桥A、桥B。每个桥的三极管发射极连接在一起, 分别是引脚SenseA、SenseB，以外接电流反馈电阻。此外L298 还需要一个额外的电压供应端Vss 作为逻辑电路部分的电源。图2.4.2 L298结构框图L298 可以用于驱动直流电机，图3 是直流电机的驱动电路，接两个直流电机A 和B。IOA1/IOB1,IOA2/IOB2 是两个IO口，用于控制直流电机的转向；PWMA/PWMB 用于电机的调速控制，增大占空比可以提高电机的转速，PWMA/PWMB 的产生可以由单片机通过软件来实现也可以由硬件来产生。对于一些高档的单片机如AVR、PIC 等，都有PWM输出端口。VCC 选择：7- 46V。图2.4.3 L298 直流电机驱动电路下图是L298 驱动四相步进电机35BYJ46 的驱动电路，每相流过的电流为2A。它采用了L297 来产生步进脉冲，当然，这也可以通过单片机的IO 口来软件编程实现(见以下的驱动程序部分)。图2.4.4 L298驱动四相步进电机对于L297 芯片，L297是意大利SGS半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产生4相控制信号，L297能产生单四拍、双四拍和四相八拍工作所需的适当相序。芯片内的PWM斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流。该集成电路采用了SGS公司的模拟/数字兼容的I2L技术，使用5V的电源电压，全部信号的连接都与TFL/CMOS或集电极开路的晶体管兼容。L297的芯片引脚特别紧凑，采用双列直插20脚塑封封装 。可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机有关在的L297的内部方框中。变换器是一个重要组成部分。变换器由一个三倍计算器加某些组合逻辑电路组成，产生一个基本的八格雷码。由变换器产生4个输出信号送给后面的输出逻辑部分，输出逻辑提供禁止和斩波器功能所需的相序。为了获得电动机良好的速度和转矩特性，相序信号是通过2个PWM斩波器控制电动波器包含有一个比较器、一个触发器和一个外部检测电阻，晶片内部的通用振荡器提供斩波频率脉冲。每个斩波器的触发器由振荡器的脉冲调节，当负载电流提高时检测电阻上的电压相对提高，当电压达到Uref时(Uref是根据峰值负载电流而定的)，将触发器重置，切断输出，直至第二个振荡脉冲到来、此线路的输出(即触发器Q输出)是一恒定速率的PWM信号，L297的CONTROL端的输入决定斩波器对相位线A，B，C，D或抑制线INH1和INH2起作用。CONTROL为高电平时，对A，B，C，D有抑制作用；为低电平时，则对抑制线INH1和INH2有抑制作用，从而可对电动机和转矩进行控制.L297重要的控制引脚如下： 图2.4.5 L297的控制引脚CW/CCW：电机旋转方向控制。CLOCK：步进时钟脉冲，信号的上升沿触发。HALF/FULL：高电平，HALF 有效，4 相8 拍；低电平，FULL有效，4 相单4 拍(translator 为偶数状态)；低电平，FULL 有效，4相双4 拍(translator 为奇数状态)。RSTET：复位到HOME 初始状态(STATE=1,ABCD=0101)。这四个控制线，可以由模拟电路产生。L297 的详细的说明可以参考L297 文档资料。图2.4.6 L298驱动电机原理图2.4.2.脉冲电路与驱动程序上面它采用了L297 来产生步进脉冲，当然，这也可以通过单片机的IO 口来软件编程实现. STC89C51系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，是MCS-51系列单片机的派生产品；它们在指令系统中、硬件系统和片内资源与标准的8052单片机完全兼容，DIP-40封装系列与8051为pin-to-pin兼容，指令代码是与8051完全兼容的单片机。STC89C51单片机具有增强型12时钟/机器周期、6时钟机器/周期任意选择，工作电压为5.5V-3.4V（5V单片机）/3.8V-2.0V（5V单片机）；工作频率范围：0-40MHZ，相当于普通8051的0-80MHZ。实际频率可达48MHZ。用户应用程序空间为4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节 ；片上集成1280字节/512字节RAM；有32/36个通用I/O口，P1/P2/P3/P4是准双向口；集成ISP（在系统可编程）/IPA（在应用可编程），无需专用的编程器/仿真器，可通过串行口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒就可以完成一片，具备EEPROM功能，工作温度范围在0-750，共有3个16位定时器/计数器，其中定时器T0还可以当成2个8位定时器使用；封装形式有DIP-40，PLCC-44，PQFP-44等。有了上面的驱动电路，可以方便地写出单片机控制步进电机的流程图及驱动程序。进入判断程序输出相应的控制信号取消启动（开始）初始化程序I/O口图2.4.7 流程图驱动程序如下:#include static unsigned int count; /计数static int step_index; /步进索引数，值为07static bit turn; /步进电机转动方向static bit stop_flag; /步进电机停止标志static int speedlevel; /步进电机转速参数，数值越大速度越慢，最小值为1，速度最快static int spcount; /步进电机转速参数计数void delay(unsigned int endcount); /延时函数，延时为endcount*0.5毫秒void gorun(); /步进电机控制步进函数void main(void) count = 0;step_index = 0;spcount = 0;stop_flag = 0;P1_0 = 0;P1_1 = 0;P1_2 = 0;P1_3 = 0;EA = 1; /允许CPU中断 TMOD = 0x11; /设定时器0和1为16位模式1 ET0 = 1; /定时器0中断允许 TH0 = 0xFE;TL0 = 0x0C; /设定时每隔0.5ms中断一次TR0 = 1; /开始计数turn = 0;speedlevel = 2;delay(10000);speedlevel = 1;do speedlevel = 2; delay(10000); speedlevel = 1; delay(10000); stop_flag=1; delay(10000); stop_flag=0;while(1); /定时器0中断处理 void timeint(void) interrupt 1 TH0=0xFE;TL0=0x0C; /设定时每隔0.5ms中断一次count+;spcount-;if(spcount=0) spcount = speedlevel; gorun();void delay(unsigned int endcount)count=0;dowhile(count7) step_index=0;else step_index-; if (step_index0) step_index=7; 这样主函数就能很方便的加入其它任务的执行，而对步进电机的运转不产生影响。在此代码中，实现了步进电机的启动，停止及转速和转向的控制。2.4.3电源电路混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如IM483的供电电压为1248VDC），电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动器。供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取I的1.11.3倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取I 的1.52.0倍。对于电源电路我们采用LM2575。LM2575系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。LM2575系列开关稳压集成电路的主要特性如下： 最大输出电流：3A； 最高输入电压：LM2575为40V，LM2575HV为60V； 输出电压：3.3V、5V、12V、15V和ADJ（可调）等可选； 振动频率：52kHz； 转换效率：75%88%（不同电压输出时的效率不同）； 控制方式：PWM； 工作温度范围：-40 +125 工作模式：低功耗/正常两种模式可外部控制； 工作模式控制：TTL电平兼容； 所需外部元件：仅四个（不可调）或六个（可调）； 器件保护：热关断及电流限制； 封装形式：TO-220或TO-263。 LM2575内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。为了产生不同的输出电压，通常将比较器的负端接基准电压（1.23V），正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中R1=1k（可调-ADJ时开路），R2分别为1.7k（3.3V）、3.1k（5V）、8.84k（12V）、11.3k（15V）和0（-ADJ），上述电阻依据型号不同已在芯片内部做了精确调整，因而无需使用者考虑。将输出电压分压电阻网络的输出同内部基准稳压值1.23V进行比较，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。下图是LM2575集成稳压器的两种引脚排列。其引脚功能如下：2.4.8引脚排列图VIN：未稳压电压输入端；OUTPUT：开关电压输出，接电感及快恢复二极管；GND：公共端；FEEDBACK：反馈输入端；ON/OFF：控制输入端，接公共端时，稳压电路工作；接高电平时，稳压电路停止。LM2575的内部框图如图所示，该框图对应于TO-220封装的引脚。其中R1=1k（ADJ时开路），R2分别为1.7k（3.3V）、3.1k（5V）、8.8k（12V）、11.3k（15V）和0（ADJ），可以看出LM2575内含52kHz振荡器、基准电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压等电路。图2.4.9 LM2575内部框图将稳压输出的电压接到反馈输入端的目的是同内部电压基准比较，若电压偏低，则用放大器来控制内部振荡器以提高输出占空比，从而提高输出电压。2.5步进电机的调控2.5.1步进电机起动及加/减速控制速度控制中加/减控制是最基本的控制。电机由静止到达设定的最大的速度所需的时间是由调试决定的。加速度太大，电机甚至不能克服惯性而失步，加速度太少，则完成指定的运动耗费时间太多，加速度有两中方案：线性加/减速度控制和等步距加/减速度控制。前者规定从加速度开始，每一加速度周期指令电机速度递增相同的增量f；后者则是要求每一加速度周期电机走过相同的步数。等步距加/减速度控制的优点，在于加/减过程中电机走的步数可以非常精确的计算，这一点对于加/减的位置控制非常重要，但从电机要克服惯性力来看，线性加速方案好些。调试也方便。线性加/减控制曲线如下图： 图2.5.1 线性加/减控制曲线图线性加速控制曲线 f=(f2-f1)/n,其中n为加速过程的台阶数，减速控制也类似，只是f为负值。步进电动机的最高起动频率（突跳频率）一般为0.1KHz到3-4KHz，而最高运行频率则可以达到N*102 KHz。以超过最高起动频率的频率直接起动，将出现失步现象，甚至无法起动。较为理想的起动曲线，应是按指数规律起动。但实际应用对起动段的处理可采用直线拟合的方法，即阶梯升速法。可按两种情况处理，已知突跳频率则按突跳频率分段起动，分段数n=f/fq。未知突跳频率，则按段拟合至给定的起动频率，每段频率的递增量（后称阶梯频率）f=f/8,即采用8段拟合。在运行控制过程中，将起始的速度（频率）分为n分作为阶梯频率，采用阶梯升速法将速度连续升到所需要的速度，然后锁定，按预置的曲线运行。用单片机实现步进电机的加/减速控制，实际上就是控制发脉冲的频率，升速时，使脉冲频率增高，减速时相反。如果使用定时中断来控制电机的速度，加减速控制就是不断改变定时器的初值。速度从V1V2如果是线性增加，则按给定的斜率升/降速；如果是突变，则按阶梯升速法处理。在此过程中要处理好两个问题： 速度转换时间应尽量短；为了缩短速度转换的时间，可以采用建立数据表的方法。结合各曲线段的频率和各段间的阶梯频率便可以建立一个连续的数据表，并通过转换程序将其转换为定时初值表。通过在不同的阶段调用相应的定时初值，控制电机的运行。定时初值的计算是在定时中断外实现的，并不占用中断时间，保证电机的高速运行。 保证控制速度的精确性；要从一个速度准确达到另外一个速度，就要建立一个校验机制，以防超过或未达到所需速度。 2.5.2停转(1)非正常停转（堵转）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）。(2)正常停转断掉电源或停止发出脉冲即可 。2.6整体效果图示图2.6.1整体效果图2.6.2整体连接图3总 结此次毕业设计，主要在理论方面对主要的几种步进电动机的结构、工作原理和优缺点及步进电动机的应用和研究概况进行了总结。重点对四相式步进电机，研究了它的结构特点、运行特性和数学模型的建立。对步进电机传统的和新型的各种驱动方式进行了分析和比较。，虽然在这次课程设计中遇到了很多问题，但在老师与同学的帮助下，最终得以完成。 毕业设计也是一次很好的学习机会，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，也给了我很多思考，联想的空间。同时，设计让我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次设计，我了解了步进电机的工作原理，也懂得了怎样去驱动一个步进电机。我认为，通过这次设计，不仅提高了独立思考的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在课程设计的过程中，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。 回顾起此设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。谢 辞通过两个多月的调研、编写文档、设计、编写论文等一系列程序，至此， 此次的毕业设计已经基本完成。本次设计由于时间紧迫及本人能力有限，在毕业设计结束前只能作到现有的程度。在本次毕业设计的后期，我也尽量对本作品的功能进行了相应的扩展。 如能使用进一步以后的更可靠的硬件和更加完善的软件，提高系统的灵敏度和可靠性，相信该设备可以实现更强大的功能，同时更高质量的满足用户的需求。这仍然需要假以时日，还有大量的工作需要去做。 完成了大学三年中的最后一次检测。在这次的设计中凝聚着在大学期间所有关心和教导过我的老师们的辛勤汗水，在此之际，我要向他们表示诚挚的谢意。 在这里最要感谢我的导师。在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。虽然在设计过程中出现许多问题，但是老师细心地纠正我设计中的每个错误，让我受益匪浅。一次次的修改后，在老师的指导下最终定稿。 在本次设计中，除了老师的指引之外，许多的同学们也给了我最真诚的帮助。在此设计结束之际送上我最真挚的祝福及感谢，没有你们的帮助就没有此次设计的顺利完成。 最后，我要再次感谢在此过程中帮助过我的老师及同学，感谢你们给予我的帮助无穷动力、支持。参考文献1徐安静.数字电子技术.修订版.北京:清华大学出版社20082阎石.数字电子技术基础.第五版.北京:高等教育出版社20063余孟尝.数字电子技术基础简明教程.第三版.北京:高等教育出版社20064胡宴如.模拟电子技术.第二版.北京：高等教育出版社，20085康华光.电子技术基础（数字部分）.第四版.北京:高等教育出版社20056童诗白.模拟电子技术基础.第四版.北京:高等教育出版社20087周明安，朱光忠，宋晓华等.步进电机驱动技术发展及现状.J.机电工程技术，20058王晓明，电动机的单片机控制M。北京：北京航空航天大学出版社，20029宋锦河，步进电机控制系统的快速实现J。鄂州大学学报，2004.10,4610敬岚，朱海君等步进电机控制系统的设计及其应用J核技术2005(6)：11丁伟雄、杨定安步进电机的控制原理及其片机控实现J煤矿机械，200212L298 Dual Full-BRIDGE DRIVER，器件资料ST MICRO-ELECTRONICS GROUP OF COMPANIES2000外文资料Stepper motor is the electric pulse signals into angular displacement or linear displacement of the open-loop stepper motor control element pieces. In the case of non-overloaded, the motor speed, stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regardless of load changes, when the driver receives a step pulse signal, it will drive a stepper motor to Set the direction of rotation of a fixed angle, called the step angle, which the angle of rotation is fixed step by step operation. Number of pulses can be controlled by controlling the angular displacement, so as to achieve accurate positioning purposes; the same time by controlling the pulse frequency to control the motor rotation speed and acceleration, to achieve speed control purposes.WorkInduction motor is a stepper motor, does it work is the use of electronic circuits, the DC power supply into a time-sharing, multi-phase timing control current, this current stepper motor power supply, the stepper motor to work properly , The drive is sharing power supply for the stepper motor, the polyphase timing controllerAlthough the stepper motor has been widely used, but the stepper motor does not like a normal DC motor, AC motor in the conventional use. It must be double-ring pulse signal, power driver circuit composed of the control system can be used. Therefore, it is not easy with a good stepping motor, which involves mechanical, electrical, electronics and computers, and many other specialized knowledge.As the stepper motor actuators, electromechanical integration, one of the key products, widely used in a variety of automatic control systems. With the development of microelectronics and computer technology, increasing demand for stepper motor, has applications in all areas of the national economy.CategoriesNow more commonly used include the reaction of step motor stepper motor (VR), permanent magnet stepper motor (PM), hybrid stepper motors (HB) and single-phase stepper motor.Permanent magnet stepper motorPermanent magnet stepper motor is generally two-phase, torque, and smaller, usually 7.5 degree step angle or 15 degrees;Permanent magnet stepper motor output torque, dynamic performance, but a large step angle.Reaction Stepper Motor Reaction is generally three-phase stepping motor can achieve high torque output, step angle of 1.5 degrees is generally, but the noise and vibration are large. Reaction by the stepper motor rotor magnetic circuit made of soft magnetic materials, a number of the stator phase excitation winding, the use of permeability changes in torque.Step Motor simple structure, low production costs