步进电机驱动电路设计

1、步进电机驱动电路设计摘要随着数字化技术发展，数字控制技术得到了广泛而进一步日勺应用。步进电机是一种 将数字信号直接转换成角位移或线位移日勺控制驱动元件，具有迅速起动和停止勺特点。 由于步进电动机构成勺控制系统构造简朴，价格低廉，性能上能满足工业控制勺基本规 定，因此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、医疗器件以及多 种可控机械工具等等。直流电机广泛应用于计算机外围设备（如硬盘、软盘和光盘存储 器）、家电产品、医疗器械和电动车上 无刷直流电机勺转子都普遍使用永磁材料构成 勺磁钢，并且在航空、航天、汽车

2、、精密电子等行业也被广泛应用。在电工设备中勺应 用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要勺就是应用在直流旋转 电机中。在发电厂里，同步发电机勺励磁机、蓄电池勺充电机等，都是直流发电机；锅 炉给粉机勺原动机是直流电动机。此外，在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精 密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备规定严格线速度一致勺地方等，一般都采用 直流电动机作为原动机来拖动工作机械勺。直流发电机一般是作为直流电源，向负载输 出电能；直流电动机则是作为原动机带动多种生产机械工作，向负载输出机械能。在控 制系统中，直流电机尚有其他勺用途，例如测速电机、伺服电机等。她们都是运用电和 磁勺互

3、相作用来实现向机械能能勺转换。简介了步进电机和直流电机原理及其驱动程序控制控制模块，通过AT89S52单片机 及脉冲分派器（又称逻辑转换器）L298完毕步进电机和直流电机多种运营方式勺控制。 实现步进电机勺正反转速度控制并且显示数据。整个系统采用模块化设计，构造简朴、 可靠,通过按键控制，操作以便，节省成本。核心词： 步进电机，单片机控制，AT89S52，L297，L298 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark5 o Current Document 1步进电动机01.1步进电机简介01.2步进电机分类1 HYPERLINK l bookmark11 o Cur

4、rent Document 2步进电机工作原理21步进电机构造 22. 2步进电机日勺旋转方式 23设计原理43.1硬件电路构成43.2步进电机控制电路43.2.1计数器工作模式53.2.2 定期器工作模式54步进电机驱动电路设计64.1驱动芯片L297 64.2驱动芯片L298 74.3键盘电路94.4显示电路95步进电机控制程序11总结16致 谢参照文献181步进电动机1.1步进电机简介步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移日勺精密执行元件，由于步进 电机具有控制以便、体积小等特点，因此在数控系统！自动生产线！自动化仪表!绘图机 和计算机外围设备中得到广泛应用。微电子学勺迅速发展

5、和微型计算机勺普及与应用， 为步进电动机勺应用开辟了广阔前景，使得以往用硬件电路构成勺庞大复杂勺控制器得 以用软件实现，既减少了硬件成本又提高了控制勺灵活性，可靠性及多功能性市场上 有诸多现成勺步进电机控制机构，但价格都偏高。应用SGS公司推出勺L297和L298 两芯片可以便勺构成步进电机驱动器，并结合51单片机进行控制，即可以实现用相对 便宜勺价格构成一种性能不错勺步进电机驱动电路。图1步进电机步进电机把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动勺微特电机。在自动控制装置 中作为执行元件。每输入一种脉冲信号，步进电动机迈进一步，故又称脉冲电动机。步 进电动机多用于数字式计算机勺外部设备，以及打印

6、机、绘图机和磁盘等装置。步进电动机勺驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分派器及脉冲放大器构成，由此驱 动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电动机勺运营性能决定于电机与驱动电源间勺良 好配合。步进电机日勺长处是没有累积误差，构造简朴，使用维修以便，制导致本低，步进电 动机带动负载惯量日勺能力大，合用于中小型机床和速度精度规定不高日勺地方，缺陷是效 率较低，发热大，有时会“失步”。1.2步进电机分类步进电动机分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。1、机电式步进电动机机电式步进电动机由铁心、线圈、齿轮机构等构成。螺线管线圈通电时将产生磁力， 推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，通过抗旋转

7、齿轮使输出转轴 保持在新勺工作位置；线圈再通电，转轴又转动一角度，依次进行步进运动。2、磁电式步进电动机磁电式步进电动机重要有永磁式、反映式和永磁感应子式3种形式。永磁式步进电 动机由四相绕组构成。A相绕组通电时，转子磁钢将转向该相绕组所拟定勺磁场方向;A 相断电、B相绕组通电时，就产生一种新勺磁场方向，这时，转子就转动一角度而位于 新勺磁场方向上，被鼓励相勺顺序决定了转子运动方向。永磁式步进电动机消耗功率较 小，步矩角较大。缺陷是起动频率和运营频率较低。3、直线式步进电动机有反映式和索耶式两类。索耶式直线步进电动机由静止部分（称为反映板）和移动 部分（称动子）构成。反映板由软磁材料制成，在它

8、上面均匀地开有齿和槽。电机勺动子 由永久磁铁和两个带线圈勺磁极A和B构成。动子是由气垫支承，以消除在移动时勺机 械摩擦，使电机运营平稳并提高定位精度。这种电机勺最高移动速度可达1.5米/秒，加 速度可达2g,定位精度可达20多微米。由两台索耶式直线步进电动机互相垂直组装就构 成平面电动机。给x方向和y方向两台电机以不同组合勺控制电流，就可以使电机在平 面内做任意几何轨迹勺运动。大型自动绘图机就是把计算机和平面电动机组合在一起勺 新型设备。平面电动机也可用于激光剪裁系统，其控制精度和辨别力可达几十微米。2步进电机工作原理2. 1步进电机构造电机转子均匀分布着40个小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几

9、何轴线依次分别与 转子齿轴线错开0、1/3 1、2/3 T,（相邻两转子齿轴线间日勺距离为齿距以表达），即图2定子和转子勺展开图A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3 T,C与齿3向右错开2/3 T,A,与齿5相对齐， （A就是A，齿5就是齿1），如图2。2. 2步进电机的旋转方式如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力 如下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3 1，此时齿3与C偏移为1/3 T，齿4与A偏移（T-1/3 T） =2/3 To如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3 1，此时

10、齿4与A偏移为1/3 对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3 1 ，这样通过 A、B、C、A分别通电状态，齿4 （即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一种齿 距，如果不断地按A, B, C, A通电，电机就每步（每脉冲）1/3 ,向右旋转。如 按A, C，B，A通电，电机就反转。由此可见：电机日勺位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一相应关系，而方 向由导电顺序决定。如图3。图3步进电机运转顺序图但是，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A 这种导电状态，这样将本来每步1/3 变化为1/6 T。甚至于通过二相电流不同勺组合， 使其1/3 变为1/12 T，1/24