步进电机控制
杭州电子科技大学
电子系统设计综合实验
设计报告
实验名称: 步进电机控制
实验序号: 4
小组号: 4A
姓名学号: 张永杰13083137
黄涛 13083612
郑康佳 13083411
指导教师: 黄继业
2015年1月4日
一．引言：
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（即步进角）。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。常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）。实验中使用的是永磁式步进电机24BY 型，下图是该电机的接线图，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、A C、BC、B 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、
A 、B、
B 轮流接地。
二．实验要求：
1．（基本）：控制四相六线式步进电机的转动（四相八拍方式）2．（基本）：显示步进电机的转动圈数、角度和方向三．（扩展）：用非接触的方式实时监测步进电机的工作状态四．实验器材清单：
名称型号数量
驱动芯片L298 1片
霍尔元件cs3144 1个
二极管8050 8个
电容100uf、0.1uf 各2个
电阻2K 1个
四：实验电路原理图
1：驱动电路原理图：
2:驱动电路工作原理：
L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。OUT1、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接两电机。IN1、IN2、IN3、IN4引脚从单片机接输入控制电平，控制电机正反转。
3：L298控制单双八拍的逻辑表：
A电机B电机
IN1 IN2 IN3 IN4
0 1 0 0
0 1 1 0
0 0 1 0
1 0 1 0
1 0 0 0
1 0 0 1
0 0 0 1
0 1 0 1
4.霍尔模块电路图
4：霍尔模块工作原理：
霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。将有字面对准自己，三根引脚从左向右分别是Vcc，地，输出。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。根据这些输出的脉冲可以实现实时监测电机的工作状态。
5.实验所用的程序代码：
源码目录：
USER:
main.c
STM32: (库文件)
Driver:
key.c
key.h
stepmotor.c
stepmotor.h
key.c
key.h
TIM3.c
TIM3.h
12864.c
12864.h
/*
要求：
控制步进电机转动，8拍
显示步进电机转动圈数，角度，方向。
非接触方式实时监测
*/
#include "stepmotor.h"
#include "TIM3.h"
#include "key.h"
#include "12864.h"
#include "stm32f10x_exti.h"
u8 i,j,keynum,direction=0;
u16
Speedtime,loop_num1=0,loop_num2=0,interrupt_num=0,interrupt_speed =0;
double angle=0;
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
void EXTIX_Init(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOD,GPIO_PinSource1 5);
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line15;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI15_10_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x0F;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x0F;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
interrupt_num ++; //霍尔元件监测到一次
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line15);
}
int main()
{
delay_init();
EXTIX_Init();
KEY_Init();
Motor_GPIO_Init();
lcd_gpio_init();
lcd_init();
TIM3_Int_Init(9999,7199); //1s
Speedtime=900;
lcd_6x8(0,0,"Motor Test...");
lcd_6x8(0,3,"Loop Num1:");
lcd_6x8(0,4,"Loop Num2:");
lcd_6x8(0,5,"Angle:");
lcd_6x8(0,7,"Speed:");
lcd_6x8(60,7,"N/s");
while(1)
{
keynum=New_KEY_Scan();
switch(keynum)
{
case 1:direction++;if(direction==4)direction=0;break;
case
2:Speedtime-=100;if(Speedtime==600)Speedtime=900;break;
default:break;
}
lcd_6x8_num(45,7,interrupt_speed); //每秒转速
lcd_6x8_num(100,7,interrupt_num);
if(direction==0)
{
lcd_6x8_double(45,5,angle);
lcd_6x8_num(70,3,loop_num1);
lcd_6x8_num(70,4,loop_num2);
}
else if(direction==1)
{
Motor_8(Speedtime);
i++;
angle=7.2 * i;
if(i==50) //达到一圈
{
i=0;
loop_num1++;
}
lcd_6x8_double(45,5,angle);
lcd_6x8_num(70,3,loop_num1);
lcd_6x8(0,2,"Forward direction ! "); }
else if(direction==2)
{
lcd_6x8_double(45,5,angle);
lcd_6x8_num(70,3,loop_num1);
lcd_6x8_num(70,4,loop_num2);
}
else if(direction==3)
{
Motor_8_back(Speedtime);
j++;
angle=7.2 * j;
if(j==50)
{
j=0;
loop_num2++;
}
lcd_6x8_double(45,5,angle);
lcd_6x8_num(70,4,loop_num2);
lcd_6x8(0,2,"Backward direction ! ");
}
}
}
void TIM3_IRQHandler(void)
{
//static u16 a=0;
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定
的TIM中断发生与否:TIM 中断源
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update); //清除TIMx 的中断待处理位:TIM 中断源
interrupt_speed=interrupt_num ; // N/s
interrupt_num=0;
}
}
五：实验测试结果
本次实验最后验收的效果是比较好的，基本上没有出错，完成了所有要求的内容，测量的结果也比较精确。
六：设计总结
本次实验的设计主要体现在驱动电路上，本来准备是采用ULN2003来作为驱动芯片，后来查了一下资料发现ULN2003，只能向它灌入电流，输出为高阻态，基本没输出电流。它一般用来吸收电流的。比如数码管驱动，或者两相五线、两相六线的步进电机，这种步进电机有一个或两个公共端可以接电源正极，驱动电机，电流从其他各引线经过ULN2003流到地线上。通过控制ULN2003的输出状态来控制电机的节拍。但是对于本次实验用的两相四线的电机不太合适，所以
最后采用L298来驱动，最后驱动的效果也是比较好的。拓展模块则采用cs3144霍尔元件来实现。
（本次实验黄涛同学负责编写程序部分，郑康佳、张永杰同学负责做驱动电路等硬件部分，黄涛负责最后测量与修改，实验报告最终由郑康佳同学完成）
步进电机控制实验
步进电机控制实验 一、实验目的： 了解步进电机工作原理，掌握用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法，熟悉步进电机驱动程序的设计与调试，提高单片机应用系统设计和调试水平。 二、实验容： 编写并调试出一个实验程序按下图所示控制步进电机旋转： 三、工作原理： 步进电机是工业过程控制及仪表中常用的控制元件之一，例如在机械装置中可以用丝杠把角度变为直线位移，也可以用步进电机带螺旋电位器，调节电压或电流，从而实现对执行机构的控制。步进电机可以直接接收数字信号，不必进行数模转换，用起来非常方便。步进电机还具有快速启停、精确步进和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。 步进电机实际上是一个数字/角度转换器，三相步进电机的结构原理如图所示。从图中可以看出，电机的定子上有六个等分磁极，A、A′、B、B′、C、C ′，相邻的两个磁极之间夹角为60o，相对的两个磁极组成一相（A-A′，B-B′，C-C′），当某一绕组有电流通过时，该绕组相应的两个磁极形成N极和S极，每个磁极上各有五个均匀分布矩形小齿，电机的转子上有40个矩形小齿均匀地分布的圆周上，相邻两个齿之间夹角为9°。 当某一相绕组通电时，对应的磁极就产生磁场，并与转子形成磁路，如果这时定子的小齿和转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子将转动一定的角度，使转子和定子的齿相互对齐。由此可见，错齿是促使步进电机旋转的原因。 三相步进电机结构示意图 例如在三相三拍控制方式中，若A相通电，B、C相都不通电，在磁场作用下使转子齿和A相的定子齿对齐，我们以此作为初始状态。设与A相磁极中心线对齐的转子的齿为0
步进电机控制(汇编)
ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN:SETB P2.4 //启停键 SETB P2.5 //正反 SETB P2.6 //加速 SETB P2.7 //减速 MOV R0,#0 //启停标志 MOV R1,#0 //正反标志 MOV R7,#0 //速度控制及查表 MOV R3,#0 //查表 STA: JNB P2.4,YS1 //启停键按下，跳至防抖 LJMP PDR0 //判断R0奇偶性 SS:INC R0 //R0+1 LJMP PDR0 //判断R0奇偶性 START: JNB P2.5,YS2 //正反键按下，跳至防抖 LJMP PDR1 //判断R1奇偶性 TT:INC R1 LJMP PDR1 //判断R1奇偶性FAN:CJNE R3,#09H,PDR3F //反转 FANZ:
MOV R3,#09H //反转查表初始化 LJMP XX //跳至判断加减速 ZHENG:CJNE R3,#8,PDR3Z //正转 ZHENGZ: MOV R3,#0 //正转查表初始化 XX: JNB P2.6,YS3 //加速判断，P2.6=0跳至防抖JNB P2.7,YS4 //减速判断,P2.7=0跳至防抖 CS: CJNE R7,#0,XIANSHI //速度显示初始化CSZT:MOV R7,#5 //速度显示保护，初始状态LJMP XIANSHI YY:MOV R2,#1 //加速标志 LJMP GZZT ZZ:MOV R2,#2 //减速标志 GZZT:CJNE R2,#1,JIANSU //加减速工作 DEC R7
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 <<技能大赛自动线的安装与调试>>项目二等奖 心得二 心得二：步进电机的控制方法 我带队参加《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目，我院选手和其他院校的三位选手组成了天津代表队，我院选手所在队获得了《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目二等奖，为天津市代表队争得了荣誉，也为我院争得了荣誉。以下是我这个作为教练参加大赛的心得二：步进电机的控制方法 《2008年全国职业院校技能大赛自动线的安装与调试》项目的主要内容包括如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。但其中最为重要的就是PLC方面的知识，而PLC中最重要就是组网和步进电机的位置控制。 一、 S7-200 PLC 的脉冲输出功能 1、概述 S7-200 有两个置PTO/PWM 发生器，用以建立高速脉冲串（PTO）或脉宽调节（PWM）信号波形。 当组态一个输出为PTO 操作时，生成一个50%占空比脉冲串用于步进电机或伺服电 机的速度和位置的开环控制。置PTO 功能提供了脉冲串输出，脉冲周期和数量可由用户控制。但应用程序必须通过PLC内置I/O 提供方向和限位控制。 为了简化用户应用程序中位控功能的使用，STEP7--Micro/WIN 提供的位控向导可以帮助您在几分钟内全部完成PWM，PTO 或位控模块的组态。向导可以生成位置指令，用户可以用这些指令在其应用程序中为速度和位置提供动态控制。 2、开环位控用于步进电机或伺服电机的基本信息 借助位控向导组态PTO 输出时，需要用户提供一些基本信息，逐项介绍如下： ⑴最大速度（MAX_SPEED）和启动/停止速度（SS_SPEED） 图1是这2 个概念的示意图。 MAX_SPEED 是允许的操作速度的最大值，它应在电机力矩能力的范围。驱动负载所需的力矩由摩擦力、惯性以及加速/减速时间决定。 南京XX大学 指导老师：张X 课程设计基于51单片机的步进电机控制 机械电子工程学院 测控技术与仪器 XXXXX Xxx 2012年1年4日 步进电机控制系统 ［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 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。 摘要 进步电机是几点数字控制系统中常用的控制元件之一。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中得到广泛的应用。 步进电机是机电控制中一种常见的执行机构。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。他易于实现与计算机或其他数字元件接口，适用于数字控制系统。 1 课程设计任务和要求 课程设计任务 设计一个三相步进电机控制系统，设计一个计算机步进电机程序控制系统，可以对步进电机的转速、转向以及位置进行控制。通过设计，掌握步进电机的工作原理、掌握步进电机控制系统的设计原理、设计步骤，进一步提高综合运用知识的能力。 要求完成的主要任务: （1）设计接口电路和驱动电路，对步进电机进行控制。 （2）选择控制算法，编写控制程序，实现三相步进电机在双三拍工作方式下先正转90度，然后再反转60度，要求其速度可调，转向可控。 （3）写出设计说明书。 课程任务要求 （1）查阅资料，确定设计方案 （2）选择器件，设计硬件电路，并画出原理图和PCB图 （3）画出流程图，编写控制程序 （4）撰写课程设计说明书 2 步进电机的概述 2.1 步进电机的特点 1）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 2）步进电机外表允许的温度高。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。 3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。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 本模块由45BC340C型步进电机及其驱动电路组成。 (一步进电机: 一般电动机都是连续旋转,而步进电动却是一步一步转动的,故叫步进电动机。每输入一个脉冲信号,该电动机就转过一定的角度(有的步进电动机可以直接输出线位移,称为直线电动机。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移(或直线位移的执行元件。 步进电动机的转子为多极分布,定子上嵌有多相星形连接的控制绕组,由专门电源输入电脉冲信号,每输入一个脉冲信号,步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号,输出的角位移是断续的,所以又称为脉冲电动机。 随着数字控制系统的发展,步进电动机的应用将逐渐扩大。 步进电动机的种类很多,按结构可分为反应式和激励式两种;按相数分则可分为单相、两相和多相三种。 图1 反应式步进电动机的结构示意图 图1是反应式步进电动机结构示意图,它的定子具有均匀分布的六个磁极,磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组,联法如图所示。 模块中用到的45BC340型步进电机为三相反应式步进电机,下面介绍它单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。 1、单三拍通电方式的基本原理 设A相首先通电(B、C两相不通电,产生A-A′轴线方向的磁通,并通过转子形成闭合回路。这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下,转子总是力图转到磁阻最小的位置,也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置(图2a;接着B相通电(A、C 两相不通电,转了便顺时针方向转过30°,它的齿和C、C′极对齐(图2c。不难理解,当脉冲信号一个一个发来时,如果按A→C→B→A→…的顺序通电,则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。 图2 单三拍通电方式时转子的位置 2、六拍通电方式的基本原理 设A相首先通电,转子齿与定子A、A′对齐(图3a。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力,使转子顺时针方向转动,但是A、A′极继续拉住齿1、3,因此,转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图3b所示,即转子从图(a位置顺时针转过了15°。接着A相断电,B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐(图c,转子从图(b的位置又转过了15°。 直流步进电机plc控制方法 系统功能概述： 本系统采用PLC通过步进电机驱动模块控制步进电机运动。当按下归零按键时，电机1和电机2回到零点（零点由传感器指示）。当按下第一个电机运行按键时，第一个电机开始运行，直到运行完固定步数或到遇到零点停止。当按下第二个电机运行按键时，第二个电机开始运行，运行完固定步数或遇到零点停止。两电机均设置为按一次按键后方向反向。电机运行时有升降速过程。 PLC输入点I0.0为归零按键，I0.1为第一个电机运行按键，I0.2为第二个电机运行按键，I0.3为第一个电机传感器信号反馈按键，I0.4为第二个电机传感器信号反馈按键。 PLC输出点Q0.0为第一个电机脉冲输出点，Q0.1为第二个电机脉冲输出点，Q0.2为第一个电机方向控制点，Q0.3为第二个电机方向控制点，Q0.4为电机使能控制点。 所用器材： PLC：西门子S7-224xpcn及USB下载电缆。编程及仿真用软件为V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。 直流步进电机2个，微步电机驱动模块2个。按键3个。24V开关电源一个。导线若干。 各模块连接方法： PLC与步进电机驱动模块的连接： 驱动模块中EN+、DIR+、CP+口均先接3k电阻，然后接24V 电源。 第一个驱动模块CP-接PLC的Q0.0，DIR-接PLC的Q0.2，EN-接PLC的Q0.4 第二个驱动模块CP-接PLC的Q0.1，DIR-接PLC的Q0.3，EN-接PLC的Q0.4 注意： 1、PLC输出时电压为24V，故和驱动器模块连接时，接了3k 电阻限流。 2、由于PLC处于PTO模式下只有在输出电流大于140mA时，才能正确的输出脉冲，故在输出端和地间接了200欧/2w下拉电阻，来产生此电流。（实验室用的电阻功率不足，用200欧电阻时功率至少在24*24/200=2.88w，即用3w的电阻） 3、PLC与驱动模块连接时，当PLC输出低电平时不能将驱动模块电平拉低，故在EN-和DIR-上接了200欧/2W下拉电阻 驱动模块与电机接法： 驱动模块的输出端分别与电机4根线连接 电机传感器与PLC连接： 传感器电源接24v，信号线经过240欧电阻（试验中两个470电阻并联得到）与24v电源上拉后，信号线接到PLC的I0.3和I0.4 步进电机驱动及控制技术解答 1.步进电机为什么要配步进电机驱动器才能工作？ 步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角（转子与定子的机械结构所决定）一步一步运行的, 其特点是每旋转一步，步距角始终不变，能够保持精密准确的位置。所以无论旋转多少次，始终没有积累误差。由于控制方法简单，成本低廉，广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动, 这就是步进电机驱动器。它接收控制系统发出的脉冲信号，按照步进电机的结构特点，顺序分配脉冲，实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。步进电机驱动器必须与步进电机的型号相匹配。否则将会损坏步进电机及驱动器。 2.什么是驱动器的细分？运行拍数与步距角是什么关系？ “细分”是针对“步距角”而言的。没有细分状态，控制系统每发一个步进脉冲信号，步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。步进电机的参数，都会给出一个步距角的值。如110BYG250A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°），这是步进电机固有步距角。通过步进电机驱动器设置的细分状态，步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度，从而实现更为精密的定位。以110BYG250A电机为例，列表说明： 可以看出，细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整步）的几分指一。例如，驱动器工作在10细分状态时，其步距角只有步进电机固有步距角的十分之一。当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，步进电机旋转1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°。其实，细分就是步进电机按照微小的步距角旋转，也就是常说的微步距控制。当然，不同的场合，有不同的控制要求。并不是说，驱动步进电机必须要求细分。有些步进电机的步距角设计为3.6°、7.5°、15°、36°、180°，就是为了加大步距角，以适应特殊的工况条件。细分功能，只由驱动器采用精确控制步进电机的相电流方法，与步进电机的步距角无关，而与步进电机实际工作状态相关。 运行拍数与驱动器细分的关系是：运行拍数指步进电机运行时每转一个齿距所需的脉冲数。例如：110BYG250A电机有50个齿，如果运行拍数设置为160，那么步进电机旋转 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 综合实践报告之第二次大作业 题目：步进电机控制设计 说明：在工业电气自动化工程中，步进电机是一种常用的控制设备，它以脉冲信号控制电机的转速，在数控机床、仪器仪表、计算机外围设备以及其它自动设备中有广泛的应用。 步进电机是指一步步走的电动机，所谓“步”指转动角度，每步都会使电机转过一个固定的角度。步进电机有不同的种类，但其控制方法均相同，均以脉冲信号进行驱动，很适合使用单片机来进行控制。 本次大作业要求设计一个步进电机的控制部分。 已知： 采用2相制5线步进电机，其结构如下图所示，线圈中心抽头X1与X2连接在一起； B 相X1A 相 2相步进电机 步进电机采用1相激磁法，即在每一个瞬间只有一个线圈导通，其它线圈休息； 单片机与步进电机之间可采用ULN2003类的驱动IC ； 要求： 查找资料，设计出步进电机的硬件连接电路图； 给出控制软件流程图； 用汇编语言写出控制软件的代码。 提示：本作业对电机的转动方向不做要求，在实际应用中，改变线圈激磁的顺序可以改变步进电机的转动方向，每送一次激磁信号后应经过一小段时间延时，让步进电机有足够的时间建立激励磁场及转动。可以使用单片机的~端口输出控制信号，经驱动IC 传至步进电机。 电路图设计说明 此控制电路选用AT89S51型单片机作为驱动时序的输出控制器，其输出作为两相四线步进电机的时序信号，经过驱动芯片ULN2003放大后输入到两相四线步进电机的输入端口；单片机作为控制指令的输入按键K1-K3的输入端口，K1为电机正转按键，K2为电机正转按键，K3为电机停止按键，这三个按键均为高电平输入有效，按一下K1电机正转，按一下K2电机反转转，按一下K3电机停止。其硬件电路如图一： 控制程序流程图 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） 第四节 步进电机的控制与驱动 步进电机的控制与驱动流程如图4-11所示。主要包括脉冲信号发生器、环形脉冲分配器和功率驱动电路三大部分。 步进脉冲 方向电平 图4-11 步进电机的控制驱动流程 二、步进电机的脉冲分配 环形分配器是步进电机驱动系统中的一个重要组成部分，环形分配器通常分为硬环分和软环分两种。硬环分由数字逻辑电路构成，一般放在驱动器的内部，硬环分的优点是分配脉冲速度快，不占用CPU的时间，缺点是不易实现变拍驱动，增加的硬件电路降低了驱动器的可靠性；软环分由控制系统用软件编程来实现，易于实现变拍驱动，节省了硬件电路，提高了系统的可靠性。 1．采用硬环分时的脉冲分配 采用硬环分时，步进电机的通电节拍由硬件电路来决定，编制软件时可以不考虑。控制器与硬环分电路的连接只需两根信号线：一根方向线，一根脉冲线（或者一根正转脉冲线，一根反转脉冲线）。假定控制器为AT89S52单片机，晶振频率为12MHz，如图4-18：P1.0输出方向信号，P1.1输出脉冲信号。 则控制电机走步的程序如下： （1）电机正转100步 MOV 0FH，#100D ；准备走100步 CONT1： SETB P1.0 ；正转时P1.0=1 CLR P1.1 ；发步进脉冲的下降沿（设驱动器对于脉冲的下降沿有效） NOP ；延时（延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通） NOP ；延时（根据驱动器的需要，调整延时） SETB P1.1 ；发步进脉冲的上升沿 MOV 0EH，#4EH ；两脉冲之间延时20000μs（决定电机的转速） MOV 0DH，#20H ；20000的HEX码为4E20 CALL DELAY ；调用延时子程序 DJNZ 0FH，CONT1 ；循环次数减1后，若不为0则继续，循环100次 RET （2）电机反转100步 MOV 0FH，#100D ；准备走100步 CONT2： CLR P1.0 ；反转时P1.0=0 CLR P1.1 ；发步进脉冲的下降沿（设驱动器对于脉冲的下降沿有效） NOP ；延时（延时的目的是让驱动电路的光耦充分导通） NOP ；延时（根据驱动器的需要，调整延时） SETB P1.1 ；发步进脉冲的上升沿 步进电机只能够由数字信号控制运行的，当脉冲提供给驱动器时，在过于短的时间里，控制系统发出的脉冲数太多，也就是脉冲频率过高，将导致步进电机堵转。要解决这个问题，必须采用加减速的办法。就是说，在步进电机起步时，要给逐渐升高的脉冲频率，减速时的脉冲频率需要逐渐减低。这就是我们常说的“加减速”方法。 步进电机转速度是根据输入的脉冲信号的变化来改变的，从理论上讲，给驱动器一个脉冲，步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)。实际上，如果脉冲信号变化太快，步进电机由于内部的反向电动势的阻尼作用，转子与定子之间的磁反应将跟随不上电信号的变化，将导致堵转和丢步。 所以步进电机在高速启动时，需要采用脉冲频率升速的方法，在停止时也要有降速过程，以保证实现步进电机精密定位控制。加速和减速的原理是一样的。以加速实例加以说明：加速过程是由基础频率(低于步进电机的直接起动最高频率)与跳变频率(逐渐加快的频率)组成加速曲线(降速过程反之)。跳变频率是指步进电机在基础频率上逐渐提高的频率，此频率不能太大，否则会产生堵转和丢步。 步电机系统解决方案 加减速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线，当然也可采用直线或正弦曲线等。使用单片机或者PLC，都能够实现加减速控制。对于不同负载、不同转速，需要选择合适的基础频率与跳变频率，才能够达到最佳控制效果。指数曲线，在软件编程中，先算好时间常数存贮在计算机存贮器内，工作时指向选取。通常，完成步进电机的加减速时间为300ms以上。如果使用过于短的加减速时间，对绝大多数步进电机来说，就会难以实现步进电机的高速旋转。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。根据客户配套需要，我们还可以 步电机系统解决方案 #include "reg52.h" #include "INTRINS.H" #include 基于MCU和DSP的步进电机控制技术 步进电机已经渗透入我们生活的方方面面，本文介绍了一些重要的步进电机相关技术，为开发人员基本了解步进电机的工作原理提供了足够的信息，同时也介绍了用微控制器或数字信号处理器控制步进电机 的方法。 步进电机也叫步进器，它利用电磁学原理，将电能转换为机械能，人们早在20世纪20年代就开始使用这种电机。随着嵌入式系统(例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等的日益流行，步进电机的使用也开始暴增。不论在工业、军事、医疗、汽车还是娱乐业中，只要需要把某件物体从一个位置移动到另一个位置，步进电机就一定能派上用场。步进电机有许多种形状和尺寸，但不论形状和尺寸如何，它们都可以归为两类：可变磁阻步进电机和永磁步进电机。本文重点讨论更为简单也更常用的永磁步进电机。 步进电机的构造 如图1所示，步进电机是由一组缠绕在电机固定部件--定子齿槽上的线圈驱动的。通常情况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，而在电机中，绕在齿上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。如果线圈中电流的流向如图1所示，并且我们从电机顶部向下看齿槽的顶部，那么电流在绕两个齿槽按逆时针流向流动。根据安培定律和右手准则，这样的电流会产生一个北极向上的磁场。 现在假设我们构造一个定子上缠绕有两个绕组的电机，内置一个能够绕中心任意转动的永久磁铁，这个可旋转部分叫做转子。图2给出了一种简单的电机，叫做双相双极电机，因为其定子上有两个绕组，而且其转子有两个磁极。如果我们按图2a所示方向给绕组1输送电流，而绕组2中没有电流流过，那么电机转子的南极就会自然地按图中所示，指向定子磁场的北极。 再假设我们切断绕组1中的电流，而按图2b所示方向给绕组2输送电流，那么定子的磁场就会指向左侧，而转子也会随之旋转，与定子磁场方向保持一致。 题目：三相步进电机控制系统的设计课程名称：Proteus 学生姓名：刘卫东 学生学号： 系别：电子工程学院 专业：通信工程 年级：2012级 任课教师：王丽 电子工程学院制 2015年4月 三相步进电机控制系统的设计 学生：刘卫东 指导教师：王丽 电子工程学院通信工程 1 系统硬件介绍 1.1 AT89C51单片机简介 AT89C51是一种带4k字节闪烁可编程课擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 主要特性： (1)与MCS-51 兼容 (2)4K字节可编程闪烁存储器 (3)寿命：1000写/擦循环 (4)数据保留时间：10年 (5)全静态工作：0Hz-24Hz (6)三级程序存储器锁定 (7)128*8位内部RAM (8)32可编程I/O线 (9)两个16位定时器/计数器 (10)5个中断源 (11)可编程串行通道 (12)低功耗的闲置和掉电模式 (13)片内振荡器和时钟电路 1.2 ULN2003A芯片介绍 经常在以下电路中使用，作为: 1、显示驱动 2、继电器驱动 3、照明灯驱动 4、电磁阀驱动 5、伺服电机、步进电机驱动等电路中。 基本参数： 模块配置:7 NPN 电压, Vceo:50V 集电极直流电流:500mA 直流电流增益hFE:1000 工作温度范围:-20°C to +85°C 封装类型:PDIP 引脚数:16 封装类型:DIP 晶体管数:7 表面安装器件:通孔安装器件标号:2003 最大连续电流, Ic:500mA 芯片标号:2003 输入电压最大:30V 输入类型:5V TTL CMOS 输出电压最大:50V 输出电流最大:0.6A 通道数:7 2硬件电路设计 2.1 总体的硬件设计 (1)用K0-K2做为通电方式选择键，K0为单三拍，K1为双三拍，K2为三相六拍； 设计一个单片机三相步进电机控制系统要求系统具有如下功能： (2)K3、K4分别为启动和方向控制； (3)正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指示灯亮； (4)用4位LED显示工作步数。 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。步进电动机控制方法
基于51单片机的步进电机控制-设计报告(说明书)及源程序
用PLC控制步进电机的相关指令说明
三相双三拍步进电机控制系统设计要点
三相步进电机原理与控制方法资料(精)
西门子200系列PLC直流步进电机控制方法
步进电机驱动及控制专业技术解答
步进电机角度控制(1)
步进电机控制及其汇编程序
步进电机 驱动器 控制器三者的关系
步进电机控制方法
步进电机控制速度的方法
完整的单片机控制步进电机程序
基于MCU和DSP的步进电机控制技术(精)
三相步进电机控制程序及电路
步进电机控制说明