步进电机及其控制讲义

步进电机及其控制

【实验目的】

熟悉步进电机的结构和驱动方式

掌握用AT89S52来控制步进电机的方法

进一步熟悉EDA实验平台

【实验器材】

EDA实验箱、PC机、DB25-ISP下载线、USB转换线、

USB-BLASTER编程器等软件：GuatusII'KeiluVision2、ISPIay

等

【实验原理】

步进电机(steppingmotor)是一种以脉冲控制的转动设备，由于是

以脉冲驱动，很适合以数字或微型计算机来控制，做一又把它

当成是一种数字设备。

1'步进电机的结构：

步进电机与一般电机结构类似，除了托架'外壳之外，就是转

子和定子，比较特殊的是其转

子与定子上有许多细小的齿，如图1所示。转子为永久磁铁，

线圈绕在定子上。根据项圈的

配置«步进电机可以分为2相、4相、5相等•如图2所示。比

较常用的是2相的步进电机。

其中包括两组具有中间抽头的线图•A、com1、A为一组，B、com2、B为另一组。两相5

线式步进电机就是将具中的com-和comz连接。

图1：步进电机的基本结构图2：步进电机的种类

2、步进电机步进角度的计算

顾名思义，步进电机就是一步步走的电机，其转子与定子的齿，决定了其每布的间距。如图

3所示。

图3:步进电机的为间距

若转子上有N个齿，则其齿间距为：

360

转子齿间距

N

而步进角度为：

转子齿间距_

2相数2P

以常用的2相式50齿步进电机为例,

=360'/50=7.28

=7.2°/(2X2)=1.8°

3、步进电机的驱动：

步进电机的驱动是靠定子线圈激磁后，将邻近转广上相异磁极吸引过来实现的。因此，线圈排列的顺

序，以及激磁信号的顺序就很重要。以2相式步进电机为例，其驱动信号有1相驱动、2相驱动和1-2

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相驱动三种。

图4:步进电机的疆动方式：1相驱动、2相驱动和1-2相驱动。

(1)7相驱动：

任何一个时间，只有一组线圈被激磁，其他线圈在休息，因此产生的力矩较小，但这种激磁

方式最简单，信号依次为：

1000-0100-0010-0001-1000……(正转)

0001-0010-0100-1000-0001……（反转）

有四种不同的信号呈现周期性的变化。在AT89S52中产生这种信号，以正转为例，可以先输

出“0001”，经过一小段时间延迟后，让步进电机有足够的时间建立磁场及转动•再输出

“0100”延时…依次循环输出这四种信号即可。

（2）、2相驱动:

任何一个时间，有两组线圈同时被激磁，因此，产生的力矩比1相驱动要大。其信号依次为：

1100-0110-0011-1001-1100……（正转）

1100-1001-0011-0110-1100……（反转）

信号输出方式与1相驱动类似。

（3）、1-2相驱动：

1-2相驱动的方式乂称为“半步驱动”，每个驱动信号只驱动半步。其驱动信号依次为：

1001-1000-1100-0100-0110-0010-0011-0001……（正转）

1001-0001-0011-0010-0110-0100-1100-1000……（反转）

共有8种信号成周期性的变化，仔细观察可以发现其中的信号是将1相驱动和2相驱动的信

号混合而成的。

具体应用时根据不同型号的步进电机采用不同的驶动方式，本EDA实验箱中的步进电机采用

1相驱动的方式进行骚动。

4、转速控制

控制步进电机的运行速度，实际二是控制系统发出时钟脉冲的频率或换相的周期，即在加速

的过程中，使脉冲的输出频率增加；在减速过程中，使脉冲的输出频率减小。脉冲信号的频率可以用

软件延时来确定。

5、步进电机的驱动电路

AT89s52的输出电流很难驱动步进电机，必须另外设计驱动电路才行，在此我们将采用ULN2003（如

图5）驱动步进电机。

一颗ULN2003系列IC包含7个开集极式输出的反相器•而在每个输出端都有一个连接到公共端（VCC

的二极管，作为放电保护电路，每组反相器的内部电路如图6.

输出端

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输入端

图5:ULN2003

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【实验内容】

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原理图:

1'根据EDA步进电机步进角度•计算出该步进电机的齿间距和齿数，填入表1;

尚数齿间距步进角度8

15,

2、步进电机的步进和电在方度旋转

(1)将“桌面\EDA实验-51部分-走进电机为验步进电机实验底层驱动”路径下

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具体步骤如下：…

a)用USB*换线将USBBLASTER与,C机+日连，USBBLASTER勺另一端连接至UFPGA

核心板右下角J12口。如果连接正常：USBBLASTER录灯点亮。

b)双击“桌面AEDA实验-51部分-步进电机实验步进电机实验底层驱动”路径下

-LCD1602.qpf文件启动QuartusII；

c)单击菜单栏中Tools'Programmer,打开FPGA程序下载谶口：

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d)单击界面右上角"HardwareSetup”•在"CurrentlyselectedHardware”下拉列表中选择

“USB-Blasier[USB-O]0,激活USB-Blaster>单击“close”关闭；

e）单击“AddFile”，路径选择“东面EDA实验-51部分-步进电机实验步进电机实验

底层驱动”，选中文件“LCD1602.sofv，勾选Program/Configure：

f)给EDA主板供电，单击“start”，将底板驱动程序烧录到FPGA中。

g)烧录后不要断电，断电后程序会丢失，需要重新烧录。

(2)利用“程序一.C-代码，创建kail工程，生成“程序一.hex”文件

具体步骤如下：

a)单击“开始程序”，启动KeiluVision2

b)单击“Project'NewProject"，创建新工程;

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c)新工程保存路径为“案面EDA实验-51部分•步进电机实验程序一”，工程名设为“工

程一”，单击“保存”：

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d)在弹出的“器件选择窗口”中，dNI02

选择“Atmel\AT89S52”,单击“确定”

e）右键单击窗口右边列表栏中“SourceGroup1n，选择"AddFiletoGroup

SourceGroup1

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国*。0，厂

，单击

Add"然后单击"close

g）双击“程序一.c”，打开该文件。

h）单击衡口左上角“BuildTarget”按键，编译程序

单击窗口左上角图标,选中“output,,面板，选中“CreativeHEX…”

单击“确定”。

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j)再次单击窗口左上角“BuildTarget”按犍，将生成“程序一.Hex”文件;

k)在路径“里面EDA实验-51部分一步进电机实验程序一”下，已经生成“程序-,Hex文件。

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[3）将程序一.hex烧入单片机

具体步骤如下：

a）用DB25-ISP下载线连接单片机ISP程序下载口（EDA主板右下角J15口）和PC机并口，

b）在察面双击图标启动ISPlay；

EDA主板右下角S8拨码开关全部拨向ON

c）单击“检测器件”，听到“嘀嘀嘀”，表示器件检测成功：

d）单击“文件”，选择“桌面EDA实验-51部分-步进电机实验程序一”路径下“程序

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e）单击“AUTORU!,完成程序的卜载；卜载完成会听到“嘀嘀嘀”的响声。

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