步进电机题库
一、名词解释
矩角特性：步距角：运行矩频特性：失调角：
二、不定项选择题
1、正常情况下步进电机的转速取决于( )
A.控制绕组通电频率
B.绕组通电方式
C.负载大小
D.绕组的电流
2、某三相反应式步进电机的转子齿数为50，其齿距角为( )
A.7.2°
B.120°
C.360°电角度
D.120°电角度
3、某四相反应式步进电机的转子齿数为60，其步距角为( )
A.1.5°
B.0.75°
C.45°电角度
D.90°电角度
4、某三相反应式步进电机的初始通电顺序为C B A →→，下列可使电机反转的通电顺序为（ ）
A.A B C →→
B.A C B →→
C.B C A →→
D.C A B →→
5、下列关于步进电机的描述正确的是（）
A.抗干扰能力强
B.带负载能力强
C.功能是将电脉冲转化成角位移
D.误差不会积累
三、填空题
1、步进电机的工作原理是 。
2、矩角特性的数学表达式为 。
3、三相反应式步进电机的通电状态包括 、 和 。
4、五相反应式步进电机多相通电时，其最大静转矩为 。
5、提高步进电机的带负载能力的方法有 和 。
四、简答题
1、如何控制步进电机的角位移和转速？步进电机有哪些优点？
2、步进电机的转速和负载大小有关系吗？怎样改变步进电机的转向？
3、为什么转子的一个齿距角可以看作是360°的电角度？
4、反应式步进电机的步距角和那些因素有关？
5、步进电机的负载转矩小于最大静转矩时，电机能否正常步进运行？
6、为什么随着通电频率的增加，步进电机的带负载能力会下降？
五、计算题
1、有一台四相反应式步进电机，其步距角为1.8°/0.9°，试求：
（1）转子齿数是多少？（2）写出四相八拍的一个通电顺序；（3）A 相绕组的电流频率为400Hz 时，电机转速为多少？
2、一台四相步进电动机，若单相通电时矩角特性为正弦波，其幅值为max T ，则：
（1）两相通电时的最大静转矩；（2）作出单相通电时的矩角特性；（3）求四相八拍运行时的最大带负载转矩。
3、一台三相反应式步进电动机，步距角??=5.1/3b θ，其最大静转矩m N T ?=685.0max ，转动部分的转动惯量2510725.1m Kg J ??=-，试求该电机的自由振荡频率和周期。
4、一台五相十拍运行的步进电动机，转子齿数48=R Z ，A 相绕组电流频率为600Hz ，求：
（1）电机步距角；（2）转速；（3）设单相通电时矩角特性曲线幅值为m N ?3，求三相同时通电时的最大静转矩。
六、作图分析题
1、做出三相步进电机两相同时通电的矩角特性，并证明此时矩角特性的幅值不变。
2、做出三相步进电机空载时单步运行的矩角特性曲线，并用电磁符号描述一个循环的运行过程。
3、由于转子存在震荡，通电频率提高时可能会造成失步，作出此时(空载)电机运行的矩角特性，并用电磁符号描述该过程。
步进电机的控制程序
mega16的，16和32管脚兼容，只不过flash大小不一样，不过中断向量号也不一样，你看下自己改改。时钟频率：内部RC 1M 芯片：ULN2003 键值：0 小角度快正转。1 小角度快倒。2 大角度快转。3 大角度快倒。4 小角度正慢转。5 小角度倒慢转。6 大角度正慢转。7 大角度倒慢转。********************************************************************/ #include 目录 一、设计任务: (2) 二、步进电机概述： (2) 三、题目分析与整体构思: (4) 四、硬件电路设计: (7) 五、硬件验证: (10) 六、程序设计: (10) 七、系统仿真： (15) 八、感应子式步进电机工作原理： (17) 九、心得体会: (24) 参考文献: (25) 一、系统设计要求 步进电机作为一种电脉冲—角位移的转换元件，由于具有价格低廉、易于控、制、无积累误差和计算机接口方面等优点，在机械、仪表、工业控制等领域中获得了广泛的应用。本设计的具体要求是： 1. 设计制作一个步进电机控制电路，可以细分驱动和常规驱动。 2. 常规驱动状态转速四档可调并可实现正反转。 二、步进电机概述 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。 现在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。 永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度。 反应式步进电机一般为三相，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。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。 混合式步进电机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，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。 （一）步进电机的一些基本参数： 1.电机固有步距角： 电机固有步距角表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°，整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 2.步进电机的相数： 步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，它们的步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36° 用PLC控制步进电机的相关指令 下面介绍的指令只适用于FX1S、FX1N系列的晶体管输出PLC，如高训的FX1N-60MT。这些指令主要是针对用PLC直接联动伺服放大器，目的是可以不借助其他扩展设备（例如1GM模块）来进行简单的点位控制，使用这些指令时最好配合三菱的伺服放大器（如MR-J2）。 然而，我们也可以用这些指令来控制步进电机的运行，如高训810室的实验台架。下面我们来了解相关指令的用法： 1、脉冲输出指令PLSY（FNC57） PLSY指令用于产生指定数量的脉冲。助记法为HZ、数目Y出来。指令执行如下： 2、带加减速的脉冲输出指令PLSR（FNC59） 3、回原点ZRN（FNC156）--------重点撑握 ZRN指令用于校准机械原点。助记法为高速、减速至原点。指令执行如下： 4、增量驱动DRVI（FNC158）--------重点撑握 DRVI为单速增量驱动方式脉冲输出指令。这个指令与脉冲输出指令类似但又有区别， 只是根据数据脉冲的正负多了个转向输出。本指令执行如下： 5、绝对位置驱动指令DRVA（FNC159） 本指令与DRVI增量驱动形式与数值上基本一样，唯一不同之处在于[S1.]： 在增量驱动中，[S1.]指定的是距离，也就是想要发送的脉冲数；而在绝对位置驱动指令中， [S1.]定义的是目标位置与原点间的距离，即目标的绝对位置。 下面以高训810室的设备为例，说明步进电机的驱动方法： 在用步进电机之前，请学员考虑一下几个相关的问题： 1、何谓步进电机的步距角？何为整步、半步？何谓步进电机的细分数？ 2、用步进电机拖动丝杆移动一定的距离，其脉冲数是如何估算的？ 3、在步进顺控中运用点位指令应注意什么？（切断电源的先后问题！） 步进电机测试程序与接线如下： 1、按下启动按钮，丝杆回原点，5秒钟后向中间移动，2秒后回到原点。 几种典型的步进电机闭环控制系统 工业大学 【摘要】系统阐述了步进电动机闭环控制系统的优点，给出了几种典型的闭环控制系统，并提出了步进电动机高精度定位系统的设计思想。 【叙词】步进电机闭环系统／高精度定位 l概述 步进电机是机电一体化产品中的关键元件之一，是一种性能良好的数字化执行元件。它能够将电的脉冲信号转换成相应的角位移，是一种离散型自动化执行元件。随着计算机控制系统的发展，步进电动机广泛应用于同步系统、直线及角位系统、点位系统、连续轨迹控制系统以及其它自动化系统中，是高科技发展的一个重要环节。 2步进电动机闭环系统与开环系统比较[1- 步进电机的主要优点之一是适于开环控制。在开环控制下，步进电动机受具有予定时间间隔的脉冲序列所控制，控制系统中无需反馈传感器和相应的电子线路。这种线路具有简单、费用低的特点，使步进电动机的开环控制系统得以广泛的应用。 但是，步进电机的开环控制无法避免步进电动机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。另一方面，开环控制的步进电动机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度比较低。因此，在精度和稳定性标准要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。 步进电动机的闭环控制是采用位置反馈和（或）速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电动机的性能。 在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精确度下跟踪和反馈时，扩大工作速度围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。步进电动机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点： a．随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制提高了矩频特性。 b．闭环控制下，输出功率／转矩曲线得以提高，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度围，电流也能够充分转换成转矩。 c．闭环控制下，效率一转矩曲线提高。 d．采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电动机可自动地、有效地被加速和减速。 f．闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步通过某个路径间隔的时间得出： 式中n-步进电动机转换拍数(N>n) g．应用闭环驱动，效率可增到7.8倍，输出功率可增到3.3倍，速度可增到3.6倍。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电动机。步进电机闭环驱动具有步进电动机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控 汽车仪表步进电机技术分析 仪表步进电机的基本要求： 仪表步进电机是用步进驱动方式替代电流驱动方式的十字线圈来作为仪表指示的微型电机，具有更高的指示精度。目前主流的仪表步进电机有三种结构: 1.Switec结构 2.Sonceboz结构 3.美培亚结构 4.西门子VDO结构 Switec结构的步进电机是最早由瑞士著名手表公司Swatch集团下的子公司Switec公司设计制造，指示精度高，驱动方式简单、易于应用。 后来有伟力电子 设计的VID29产品，安装尺寸除了比Switec产品较薄以外，其他性能都一样。以其更低的价格目前占领中国大部分市场，但是该产品的线圈可靠性较低，所以有些客户还是指定要求使用Switec产品。 无锡麦克络微电机有限公司（MCR MOTOR）设计制造的MR1107、MR1108 系列电机综合考量了Switec电机和伟力电机的优缺点，产品零部件全部由日本工厂精密制造，产品的生产装配和测试过程都是用自动装配和测试机器完成，加上更优化的设计，使得产品的综合性能，尤其是耐用性，可靠性非常高。MR1107、MR1108的主要优点表现在一下： 优势一：微电弧焊接技术带来的高可靠性 麦克络公司专有技术的微电弧焊机除了环保、低成本外，更使电机中的细线线圈的焊点可靠性达到了100%，瞬间局部高温的微电弧焊接工艺保证了零虚焊可能性 优势二：更大的输出扭矩和保持扭矩 MR11系列产品较同行Switec电机和伟力电机，相同的尺寸条件下，能输出更高的扭矩，使得产品在振动环境下，能保持指针的稳定，不会出现丢步现象。 麦克络的设计使用了更强磁积能的磁石和更大导磁截面积的线圈磁芯，因此获得更大的扭力输出。 另外有MR1111产品是提供给低速激光振镜用的步进电机，使用了更特殊的线圈获得大于，2000μNm@400Hz的输出力矩。 优势三：最精确计算的齿轮齿形 MR11系列产品采用数学方法精确计算出共轭曲线齿形，相对于Switec沿用的钟表齿形，提高了齿形的强度和寿命；相对于伟力VID29产品的圆弧齿形，提高了啮合的精度和降低了齿轮啮合间隙。 提高齿形的强度和耐磨性，直接提高了马达整体的寿命，所以MR11系列产品不仅能驱动指针指示，还能用于低速激光振镜，驱动较重负载的反射镜。 提高齿形精度和降低齿轮啮合间隙，就提高了仪表指示的精确度，伟力电机的齿轮间隙约1.4°，Switec和MR11xx电机的齿轮间隙约0.3° 优势四：产品一致性和稳定性 MR11系列产品采用麦克络工程师设计制造的自动装配线生产制造，最大程度降低人工操作的影响，保证了生产的高效率和产品的一致性。MR11系列产品的所有精密零部件都是日本工厂制造，零部件精度和一致性与Switec产品的零部件品质相同。这些精密的零件都是在恒温洁净车间用高精度注塑机生产的。 对于精密塑胶零件，麦克络更有自己独特的时效处理工艺，使得塑胶零件的尺寸达到稳定（一般 课程设计 课程名称微型计算机控制技术 题目名称步进电机角度控制（1） 学生学院自动化学院 专业班级自动化（4）班 学号 学生姓名 指导教师 2012 年 6 月26 日 一、系统设计说明 1.硬件设计 本次设计要求通过键盘按键实现对步进电机的转动次数和每次转动的角度的控制，并通过数码管显示出来。 本方案中通过按键对步进电机的转动角度进行设定，给各个按键设置不同的键值。按下按键时，给8255A一个信号设定步进电机下一步的动作。8086通过8255A的数据总线读取该信号，并作出反应，通过给8255A一系列的指令驱动其工作，从而驱动步进电机和LED 显示器 2.软件设计 3.显示模块设计说明： 为使显示程序具有通用性和灵活性，在8086内设置一个显示缓冲区，显示缓冲区的每个单元与LED的各位一一对应。当主程序需要显示，只需将要显示的字符送入显示缓冲区，然后调用显示子程序。显示子程序的任务则是逐一取出显示缓冲区中的字符、查字形表转换成相应字型码，然后通过字段口输出显示。显示模块是用四位七段数码管来显示转动次数和每次转动的角度。给八个按键设置不同的子程序，当按下按键时，根据事先设定好的各个按键对应的转动角度的值输出到数码管进行显示。 步进电机模块设计说明： 在此设计中，采用的是八拍步进电机。步进电机控制程序就是完成环形分配器的任务，从而控制电动机的转动，以达到控制转动角度和位移的目的。控制模型可以以立即数的形式一一给出。对于步进电机模块的程序设计采用循环程序设计方法。先把转动的次数和角度的控制模型存放在内存单元中，然后再逐一从单元中取出控制模块并输出。首先启动，按下按键选择步进电机的角度，然后读入转动的控制模型驱动步进电机转动。 二、程序设计流程图 文理学院芙蓉学院课程设计报告 课程名称：专业综合课程设计 专业班级：自动化1001班学号：40 学生：志航 指导教师：建英 完成时间： 2013年 6月13 日 报告成绩： 芙蓉学院教学工作部制 摘要 本文先介绍了混合式步进电机的结构和工作原理，分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用，论述了正弦波细分驱动可以实现等步距角、等力矩均匀细分驱动的原理，提出了一种基于H桥和其他分立元件分配脉冲的驱动技术，该方案可实现步进电机的单拍、半拍、双拍三种工作方式。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、液晶显示电路组成，单片机是控制系统的核心。文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。 关键词：单片机；正弦脉宽调制；混合式步进电机；细分驱动 Abstract In this paper, the working principle and configuration of three-phase hybrid Stepper are introduced, then based on technologies such as stepper motor controller, PWM inverter and microcontroller. In the thesis, we develop a single chip computer -based digital controlling system for a three-phase hybrid stepper motor that is mainly constructed from a AT89C51 single chip computer and ST7920IC which is used as the core of control parts. The system's whole architecture, the design of hardware and software are introduced in detail. KEY WORDS: Microcontroller，SPWM，Hybrid stepper motor，Micro-stepping driver 电机行业专业求职平台 1.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况 下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机、交流电机在常规下使用。步进电机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。它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 提及此知识，希望能给予正在对电机选型的客户有所帮助。 2.力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度，则产生力 F与（dФ/dθ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 一、混合式步进电机 电机行业专业求职平台1、特点： 混合式（又称感应子式步进电机）与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 混合式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运 行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= A ,D=B . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相， 而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，更可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 混合式步进电机可分二相、三相、四相、五相等，我公司混合式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机: TEB20H,TEB28H,TEB35H,TEB39H,TEB42H,TEB57H,TEB86H,TEB110 H,TEC57H,TEC86H,TEC110H,TEC130H. 3、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θ表示。θ=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θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=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） #include "reg52.h" #include "INTRINS.H" #include 步进电机控制系统的研究 杨杰1李学佳2崔二华3韩永清4 英利能源(中国)有限公司河北省保定市071051 摘要：步进电动机由于用共组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。 关键词：步进电机电机控制系统 中图分类号：TM3文献标识码：A文章编号： 前言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 一、步进电机概述 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电磁机械装置，是一种输出与输入数字脉冲对应的增量驱动元件，具有快速启动和停止的能力。当负荷不超过步进电机所提供的动态转矩值时，它就可能在一瞬间实现启动和停止。它的步矩角和转速不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件(如温度、气压、冲击和振动等)的影响，仅与脉冲频率有关。它每转l周都有固定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。 正是因为步进电机具备上述优点，它已经被广泛地用于自动控制系统中作为执行元件。但大多数设计人员常常习惯于用逻辑电路实现复杂的步进电机的控制，虽然已经取得很大成效，但实现起来成本高、费时多，而且一旦组成了电路，就很难再改动，因此不得不完全重新设计控制器。 微处理器与微计算机的先进技术和低廉的价格，给步进电机的控制开创了一个新的局面。人们完全可以借助于软件来对步进电机实施控制，从而实现复杂而 实训名称步进电机控制 一、实训目的 1.掌握步进电机控制系统的接线、调试、操作 二、实训设备 序号名称型号与规格数量备注 1实训装置THHAJS-1 1 2实训挂箱B10 1 3导线3号若干 4 5通讯编程电缆SC-90 1 三菱 6实训指导书THHAJS-1 1 7计算机（带编程软件） 1 自备 三、面板图 + 四、控制要求 1.总体控制要求：如面板图所示，利用可编程控制器输出信号控制步进电机运行。 2.按下“SD”启动开关，系统准备运行。 3.打开“MA”手动开关，系统进入手动控制模式，选择电机旋转方向，再按动“SE”单步按钮，步进电机运行一步。 4.关闭“MA”手动开关，系统进入自动控制模式，此时步进电机开始自动运行。 5.分别按动速度选择开关“V1”、“V2”、“V3”，步进电机运行在不同的速度段上。 6.步进电机开始运行时为正转，按动“MF”开关，步进电机反方向运行。再按动“MZ”开关，步进电机正方向运行。 五、功能指令使用及程序流程图 六、 端口分配及接线图 1.端口分配及功能表 序号 PLC 地址（PLC 端子） 电气符号（面板端 子） 功能说明 1 X00 SD 启动开关 2 X01 MA 手动 3 X02 V1 速度1 4 X03 V2 速度2 5 X04 V3 速度3 6 X05 MZ 正转 7 X06 MF 反转 8 X07 SE 单步 9 Y00 A A 相 10 Y01 B B 相 11 Y02 C C 相 12 Y03 D D 相 13 面板V+ 接电源+24V 电源正端 14 主机COM 、COM0、COM1、COM2接电源GND 电源负端 2.PLC 外部接线图 七、 操作步骤 1. 检查实训设备中器材及调试程序。 届．别． 学号 毕业设计 基于单片机的步进电机控制系统设计 姓名 系别、专业 导师姓名、职称 完成时间 摘要 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，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。 本设计是采用STC89C52单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用4个LED发光二极管显示电机的转速。 系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括STC89C52单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、LED指示灯模块。软件采用在Keil软件环境下编辑。 关键字：STC89C52、步进电机、ULN2003驱动 1 绪论 1.1 课题的背景 当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中得到广泛应用。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，其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品（打印机、照相机、雕刻机）、工业控制（数控机床、工业机器人）、医疗器械等机电产品中。研究步进电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。控制核心采用C51芯片，它以其独特的低成本，小体积广受欢迎，当然其易编程也是不可多得的优点为此，本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统，可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。 1.2 研究的主要内容 本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用STC89C52作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动用四个LED灯指示。 现如今步进电机设备被广泛运用在生活的各个领域，对人们的生活带来了很多的便利。步进电机的主要优点之一是适于开环控制。 但是，步进电机的开环控制无法避免步进电机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。另一方面，开环控制的步进电机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度相对较低。因此，在精度和稳定性要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。 步进电机的闭环控制是采用位置反馈和(或)速度反馈来确定与 转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电机的性能。 在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精度下跟踪和反馈时，扩大工作速度范围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。步进电机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点： a.随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制改善了矩频特性。 b.闭环控制下，输出功率/转矩曲线得以改善，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度范围内，电流也能够充分转换成转矩。 c.闭环控制下，效率/转矩曲线得以改善。 d.采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。 e.利用闭环控制，步进电机可自动地、有效地被加速和减速。 f.闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出：n-步进电机转换拍数(N>n)。 g.应用闭环驱动，效率、功率和速度同时得到提高。 闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进 电机。步进电机闭环驱动具有步进电机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。因此，在可靠性要求很高的位置控制系统中，闭环控制的步进电机将获得广泛应用。 基于51单片机的步进电机控制 ［摘要］本课程设计的内容是利用51单片机，达到控制步进电机的启动、 停止、正转、反转、两档速度和状态显示的目的，使步进电机控制更加灵活。步进电机驱动芯片采用ULN2803，ULN2803具有大电流、高电压，外电路简单等优点。利用四位数码管增设电机状态显示功能，各项数据更直观。实测结果表明，该控制系统达到了设计的要求。 关键字：步进电机、数码管、51单片机、ULN2803 一步进电机与驱动电路 1.1 什么是步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。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；同时也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。 1.2 步进电机的种类 步进电机分永磁式（PM）、反应式（VR）、和混合式（HB）三种。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。 1.3 步进电机的特点 1．精度高一般的步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，这是步进电动机最突出的优点 2．过载性好其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合； 3．控制方便步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场； 计算机控制技术课程设计报告《基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计》 专业及班级______ 09自动化（1）班_________ 姓名_____ 吴红田坤王林 指导老师_______ 丁健______________ 完成时间_______ _ 2012-6-17__________________ 基于protues的步进电机控制系统设计 摘要：步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O接口、中断、键盘、LED显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被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，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 用单片机控制步进电机 步进电机是机电控制中一种常用的执行机构,它的用途是将电脉冲转化为角位移,通俗地说：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（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时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。 一、步进电机常识 常见的步进电机分三种：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。 二、永磁式步进电机的控制 下面以电子爱好者业余制作中常用的永磁式步进电机为例,来介绍如何用单片机控制步进电机。 图1是35BY型永磁步进电机的外形图,图2是该电机的接线图,从图中可以看出,电机共有四组线圈,四组线圈的一个端点连在一起引出,这样一共有5根引出线。要使用步进电机转动,只要轮流给各引出端通电即可。将COM端标识为C,只要AC、C、BC、C,轮流加电就能驱动步进电机运转,加电的方式可以有多种,如果将COM端接正电源,那么只要用开关元件（如三极管）,将A、、B、轮流接地。 下表列出了该电机的一些典型参数： 表135BY48S03型步机电机参数 型号步距角相数电压电流电阻最大静转距定位转距转动惯量 35BY48S03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5 有了这些参数,不难设计出控制电路,因其工作电压为12V,最大电流为0.26A,因此用一块开路输出达林顿驱动器（ULN2003）来作为驱动,通过P1.4~P1.7来控制各线圈的接通与切断,电路如图3所示。开机时,P1.4~P1.7均为高电平,依次将P1.4~P1.7切换为低电平即可驱动步进电机运行,注意在切换之前将前一个输出引脚变为高电平。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间,而要改变电机的转动方向,只要改变各线圈接通的顺序。 湖南工程学院 课程设计 课程名称微机原理与应用 课题名称步进电机控制系统设计 专业 班级 学号 姓名 指导教师 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称微机原理与应用 课题步进电机控制系统设计 专业班级 学生姓名 学号 指导老师 审批 任务书下达日期 任务完成日期 目录 第1章目的与要求 (4) 第2章步进电机的原理介绍 (5) 2.1 步进电机的工作原理 (5) 2.2 步进电机的基本术语 (5) 2.2.1 相数 (5) 2.2.2 拍数 (6) 2.2.3 步距角 (6) 2.2.4 信号分配 (6) 第3章设计总体思路 (7) 3.1 方案与思路 (7) 3.2 总框图 (7) 第4章程序设计 (8) 4.1 主程序 (8) 4.2 显示子程序 (9) 4.3 键盘扫描子程序 (10) 第5章硬件设计 (11) 5.1 硬件的设计与选取 (11) 5.1.1步进电机的特点 (11) 5.1.2 步进电机的分类 (11) 5.1.3步进电机的注意点 (11) 5.2 单片机的选取 (12) 5.3 四位LED数码管的选取 (14) 5.4 其他零件根据实际情况选取 (14) 5.5 硬件的焊接 (15) 第6章调试与故障分析 (16) 6.1 软件部分 (16) 6.2 硬件部分 (16) 6.3 故障分析及解决 (17) 第7章总结 (18) 第8章参考文献 (19) 附件 (20) 系统原理图 (20) 元器件清单 (21) 源程序清单 (21) 第1章目的与要求 综合运用所学的《单片机原理与应用》理论知识，通过实践加强对所学知识的理解，具备设计单片机应用系统的能力，以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并在LED显示器上显示步进电机转速或工作状态。本课题以单片机为核心，设计并制作出步进电机控制系统，设计要求： 1、按下不同的键，分别使步进电机实现顺时针和逆时针旋转。 2、电机运转状态可以是正反转，加速减速，五种不同速度的各种组 合。 3、通过LED数码管显示电机运行状态。 《RC正弦波振荡电路》 课程设计说明书 专业班级：2012级电子信息科学与技术2班姓名： 指导教师：江郑云 设计时间: 2014、11、26——2014、11、10 物理与电气工程学院 2014年11 月10 日 摘要 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期的误差而无累计误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常简单。步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速。因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲就到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变步进电机的转速，从而实现步进电机的调速。在本设计方案中采用AT89C52型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率从而实现对步进电机的转速进行控制，实现电机调速与正反转的功能。 关键词：步进电机单片机小系统数码管发光二极管 目录 一、引言 (1) 1.1 设计背景 (1) 1.2 设计要求 (2) 二、硬件电路的设计 (2) 2.1 系统总电路框图 (2) 2.2 电路单元 (2) 2.2.1 STC89C52小系统 (2) 2.2.2 ULN2003驱动芯片 (3) 2.2.3 步进电机 (4) 2.3原理图 (5) 2.3.1 最小系统原理图 (6) 2.3.2键盘模块原理图 (6) 2.3.3八位数码管显示原理图 (7) 2.3.4 电机驱动模块原理图 (7) 三、软件系统 (8) 3.1 系统流程图 (8) 3.2 主程序 (9) 四、参考资料 (11)步进电机控制系统
用PLC控制步进电机的相关指令说明
步进电机闭环控制系统方案
汽车仪表步进电机技术分析
步进电机角度控制(1)
步进电机控制系统设计
步进电机 驱动器 控制器三者的关系
完整的单片机控制步进电机程序
步进电机控制系统的研究
步进电机控制说明
步进电机控制系统
步进电机闭环系统与开环系统的区别
基于51单片机的步进电机控制-
基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计-精品
用单片机控制步进电机
步进电机控制系统设计
步进电机的控制