基于单片机的步进电机控制器设计

ByGrith4

摘要:步进电机是一种常用的机电执行元件,相应的控制和驱动电路对于其整体性能起着
" ?4 Q! m; n+ q3 j# t' ^7 S  x% Y非常重要的作用。采用常见的AT89S51 单片机和步进电机驱动芯片L298N 实现步进电机的控制和
驱动。整个系统具有结构简单、可靠性高、体积小、成本低和实用性强等特点,具有较高的应用推广
8 }7 |' U# i' _7 ]( i# A/ i价值。
; z! r8 S& i0 D6 W( M4 f关键词:单片机;步进电机;控制器;驱动器
0引言
4 \8 @, V8 \7 I( v* ]1 z步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或
0 q7 N* G' v1 L! Q角位移的控制电机,其位移速度与脉冲频率成正比，
/ |7 G: W1 \; V位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由
- k" k+ X: X; D9 H. U定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行
高精度控制。当电流流过定子绕组时,定子绕组产
生一矢量磁场,该矢量场会带动转子旋转一角度,使
得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向:
: q2 l$ H! {* E3 M2 L  u, n
致。定子绕组矢量磁场每旋转一个角度,转子也随.
着该磁场旋转- -一个角度。因此，控制电机转子旋转
9 w+ S% d6 S2 x( a/ ^1 V4 A  u; j$ y实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产
生旋转的磁场。每来一个脉冲电压,转子就旋转一
( ~9 o* v* v; Y+ I0 v个步距角,称为一步。根据电压脉冲的分配方式,步
; j- i  v2 P8 b) b2 i% g进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲
) g5 L, P2 ?2 U# s8 e2 h时，就能一步一步地连续转动,从而使电机旋转。步
进电机每转一周的步数相同， 在不丢步的情况下运;
% G# D& I! k6 \7 W$ Q
' D, F- K4 K$ y1 P4 x( e行,其步距误差不会长期积累。随着电力电子技术
的发展,可以实现细分驱动,即将一个步距角细分成
! F6 U2 k7 m" k* t若干小步来驱动,以减小步距角,提高步进分辨率，
增加电机运行平稳性。步进电机必须使用专用的步
1 E0 @6 K3 |* G% o/ T6 n7 c进电机驱动设备才能够正常工作。步进电机系统的
2 h: \! A' Y  T运行性能,除与电机自身的性能有关外,在很大程度
上还取决于驱动设备性能的优劣。
1控制原理
步进电机可以直接接受数字信号,不需要进行
" N% G9 K( o5 A( j数字与模拟量的转换,具有高精度快速启停能力。.
; ]$ m, s8 M6 w" J) r. S; ?% t如果选用三相六拍，步距是1.50, 即进一步,电机转
9 c9 w7 b$ P# x* k  D. Z动1.59 ,转动一周需要200步。步进电机直接由数
字信号控制,其控制程序可以分为脉冲序列的生成、
! m+ Z* l4 ?) ]; q5 q. T, @方向的控制、步进电机变速控制程序3部分。
" m4 E; f: M- K& {% [1.1 步进电机控制的基本原理
- Z1 Q: s( Y. ~$ o步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制
2 v: ]  D8 _9 u' a. P* l* J2个方面。从结构上看，步进电机分为三相、四相、
五相等类型,常用的则以三相为主。三相步进电机
的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍
3种，下面具体加以阐述。
(1)换相顺序的控制
步进电机通电换相这一过程称为脉冲分配。例
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每来一个脉冲电压,转子就旋转一个步距角,称为一步

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