步进电机及仿真
计算机控制技术课程设计报告《基于Protues的步进电机控制系统仿真设计》
姓名：柴文峰
学号： 1005072008
专业：自动化(1)班
授课老师：丁健老师
日期： 2013/6/20
目录
引言 (1)
1设计电源 (1)
2.四项步进电机 (1)
2.1步进电机 (1)
2.2步进电机的控制 (1)
2.3步进电机的工作过程 (1)
3电路图设计 (2)
3.1AT89c52的概述 (2)
3.2最小系统 (2)
3.3复位电路 (3)
3.4控制电路 (3)
3.5电机驱动电路 (3)
4程序设计 (4)
4.1 主程序框图 (4)
4.2 步进电机速度控制程序框图 (4)
4.3 控制开关输入程序框图 (6)
5结束语 (6)
[参考文献] (7)
附录A 源程序 (8)
附录B (10)
引言
通过控制AT89c52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。具体功能主要是控制电机正转、反转、加速与减速。
具体工作过程是：给作品通电后，步进电机按照预先设置的转速和转动方式转动。调整正反转按钮，步进电机实现正反转切换；按下加速开关，步进电机转速加快；按下减速开关时，电机转速减慢。
实现设计具体用到的仪器：AT89C52芯片、开关单元、四项步进电机等。
实现设计具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路[1]。
1设计电源
AT89C51单片机需要的电源是5v直流电源，我们所用的电是220V50H Z，这要需要交流电源220V 转换5V直流电源，利用变压器的原理220v进行降压，单片机控制系统以及外围芯片供电采用7805系列三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波，然后进行滤波稳压，使用电容滤去交流，电路如图1.1所示。
图1.1 电源设计图
2 四项步进电机
2.1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。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[2]。
2.2步进电机的控制
(1)换相顺序控制：通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：混合式步进电机的工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。
(2)控制步进电机的转向控制:如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
(3)控制步进电机的速度控制:如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快[3]。
2.3步进电机的工作过程
开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4
号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动,如图2.3(a)所示。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双
四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度[4]。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.2所示：
a.单四拍
b. 双四拍
c.八拍
图2.2 步进电机工作时序波形图
对步进电机四个绕组依次实现如下方式的循环通电控制： 单四拍运行：正转A-B-C-D ；反转D-C-B-A ；
双四拍运行：正转AB-BC-CD-DA ；反转DC-CB-BA-AD ； 四相八拍运行：正转A-AB-B-BC-C-CD-D-DA 。 本设计使用的是四相八拍控制[5]。
3电路图设计
3.1 AT89C52的概述
AT89S52单片机是ATMEL 公司推出的高档型AT89S 系列单片机中的增强型产品。关于其功能原理及其应用不再赘述。这里只介绍本设计用到的端口和功能[6]。
P1口：用户使用的通用I/O 口，8位准双向，编程和校验时，可做为高8位地址线；P1.0和P1.1引脚另有第二功能。
P3口：8位准双向I/O 口。
RST:复位信号输入端，高电平有效。
EA ：访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号。
XTAL1,XTAL2:芯片内振荡器反相放大器的输出端和输入端[7]。 3.2最小系统
单片机最小系统或者称为最小应用系统，就是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对 52系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、复位电路、晶振电路[8]。
3.3复位电路
复位电路采用手动复位和上电自动复位。
上电自动复位：在单片机上电的瞬间，RC电路充电，由于电容上电电压不能突变，所以RST 引脚出现高电平，RST引脚出现的高电平将会随着对电容C的充电过程而逐渐回落[9]。
手动复位：当按下复位按钮时，RST出现高电平，实现复位。如图3.3所示。
图3.1 复位电路
3.4控制电路
开关和P3口相连，开关1、2、3、4来控制电机的正反转，速度的加减。如图3.4所示。
图3.2 控制电路
3.5电机驱动电路
将步进电机的A、B、C、D通过L297和L298接到89C51管脚上，如图3.5所示。
图3.3 电机驱动电路
4程序设计
4.1 主程序框图
系统分为电机正转、电机反转、电机加速、电机减速这几个部分组成，其主程序框图如图4.1所示[10]。
图4.1 主程序流程图
4.2 步进电机速度控制程序框图
正转部分: 送P4口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机正转，数值分别为
0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9。流程图如图4.2（a）所示[11]。
图4.2(a) 电机正转流程图
反转部分:送P3.5口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机反转，数值分别为
0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8。流程图如图4.2(b)所示。
图4.2(b) 电机反转流程图
加速部分: 当电机处于正转或反转的时候，按下加速开关，调用加速程序，是电机每转动一部的延时时间变短，从而实现电机的加速，流程图如图4.2（c）所示。
图4.2(c) 电机加速流程图
减速部分: 当电机处于正转或反转的时候，按下减速开关，调用加速程序，是电机每转动一部的延时时间变长，从而实现电机的减速，流程图如图4.2（d）所示。
图4.2（d）电机减速流程图
4.3 控制开关输入程序框图
用于判断P3.1、P3.2、P3.3、P3.4，如图4.3所示。
5结束语
经过了为期两个星期的努力，我们基本完成了本次实验。期间参考了网上相关资料，上届学长们的课程设计论文，以及查阅了相关设计原理图。最大的感受就是做好课程设计，不仅要细心，更要有耐心，而且富有责任心。细心能避免自己的错误，而需要大量重新计算，浪费精力和时间。耐心就是得坚持做下去，一步一步做下去，虽然还有好些问题不大懂，理解不透，但是自己坚持下来了，就是最大的胜利而在课程设计期间，使我对Proteus和Kile这两个软件的使用更加熟悉，这也为我们以后毕业设计打下基础。在设计中，对于其中过程的步骤该如何进行的考虑，锻炼我们处理事情的能力。同时在这次设计，我也学到了做事情要一步一个脚印，细心处理每个数据，这样才可以顺利地完成设计。作为一名自动化专业的学生，希望多学点这方面的知识，或许设计方面不是很在行，但原理，设计方向有一定的认识对将来还是比较好的。总之，通过这次课程设计，自己还是有收获的，希望自己以后做任何事都要有这态度。
参考文献
[1] 肖景和.555集成电路应用精粹[M].北京:人民邮电出版社,2007,9:1,3-12.
[2] 余孟尝.数字电路技术基础简明教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1999:268-341,371-390.
[3] 赵负图.数字逻辑集成电路手册[M].北京:化学出版社,2004.11:268-278,550-553.
[4] 阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2003.2:19-58.
[5] 宋卫星.计算机彩色显示器信号源[J].现代电子技术,2006,(5):122-129.
[6] 任典毅.最新显示器电路原理与维修技术[M].北京:电子工业出版社,2001.2:14-40.
[7] Marcus Nadenau.Integration of human colour vision models high quality image compression [D].Signal Processing
Laboratory,Swiss Federal Institute of Technology,Switzerland,2000.
[8] Guihua Cui,M. R. Luo, B. Rigg et a1..Colour-differnce evaluationr using CRT colours.part I:date gathering and testing
colour differenc formulae[J].Col.Res.Appl., 2001.
[9] 陈有卿,叶桂娟.555时基电路原理、设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2007,9:1-18.
[10] 黄晓春.555定时器原理及应用[J].电子制作,1997,(1):21.
[11] 宋卫星,孙彦清.微机彩色显示器与彩色电视机的差异[J].高校学术研究论文选,1998,4:519-523.
附录A 源程序
//#include
#include
#include
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
//正转值
#define RIGHT_RUN 1
//反转值
#define LEFT_RUN 0
#define RS P2_0
#define RW P2_1
#define E P2_2
uchar SpeedChar[]="SPEED(n/min):";
uchar StateChar[]="STATE:";
uchar AngleChar[]="AL:0.9";
uchar STATE_CW[]="CW ";
uchar STATE_CCW[]="CCW";
uchar SPEED[3]="050";
uint RunSpeed=50; //速度
uchar RunState=RIGHT_RUN; //运行状态
uchar flag=0;
//================================
void DoSpeed()
{
SPEED[0]=(RunSpeed/100)+'0';
SPEED[1]=RunSpeed%100/10+'0';
SPEED[2]=RunSpeed%10+'0';
}
//================================
void init()
{
/*定时器设置*/
TMOD=0x66; //定时器0，1都为计数方式；方式2；
EA=1; //开中断
TH0=0xff; //定时器0初值FFH；
TL0=0xff;
ET0=1;
TR0=1;
TH1=0xff; //定时器1初值FFH；
TL1=0xff;
ET1=1;
TR1=1;
IT0=1; //脉冲方式
EX0=1; //开外部中断0:加速
IT1=1; //脉冲方式
EX1=1; //开外部中断1:减速
}
//中断0:加速程序
void SpeedUp() interrupt 0 using 2
{
if(RunSpeed>=12)
RunSpeed=RunSpeed-2;
}
//中断1:减速程序
void SpeedDowm() interrupt 2 using 3
{
if(RunSpeed<=600)
RunSpeed=RunSpeed+2;
}
//定时器1中断:反转
void t_1(void) interrupt 3 using 1
{
RunState=LEFT_RUN;
P0_0=0;
}
//定时器0中断程序:正转
void t_0(void) interrupt 1
{
RunState=RIGHT_RUN;
P0_0=1;
}
//==========================
void ShowState() //显示状态与速度{
DisplayListChar(0,0,SpeedChar);
DisplayListChar(0x0d,0,SPEED);
DisplayListChar(0,1, StateChar);
if(RunState==RIGHT_RUN)
DisplayListChar(6,1, STATE_CW);
else
DisplayListChar(6,1, STATE_CCW);
DisplayListChar(0x0a,1, AngleChar); }
//==============================
void main()
{
init();
initialization_Lcd();
while(1)
{
DoSpeed();
ShowState();
delay(RunSpeed);
P0_1=P0_1^0x01;
}
}
附录B
图5 总电路图
基于单片机和proteus的步进电机控制
航空航天大学 课程设计 （论文） 题目：基于单片机和proteus的步进电机控制 班级 ******* 学号 ************ 学生姓名 X X X 指导教师 X X X
航空航天大学 课程设计任务书 课程名称计算机控制技术 院（系）专业 班级 ******** 学号 *********** 学生 ****** 课程设计题目基于单片机和Proteus的步进电机控制 课程设计时间年月日至年月日 课程设计容及要求： 利用Proteus仿真环境和C51编程软件，绘制基于51单片机的步进电机控制系统硬件原理电路、编制基于C51的步进电机控制软件，实现步进电机速度、方向、及旋转角度的计算机控制。本设计主要容有： 1) 了解51系列单片机及外围相关芯片、电路的工作原理和接口技术，学会 进行控制系统软件程序设计。 2) 编制程序完成步进电机速度、方向、及旋转角度的控制。 3) 设计相关的硬件电路，软硬调试实现步进电机速度、方向、及旋转角度的 控制，分析结果。 4) 学会运用“自动控制原理”、“现代控制理论”和“计算机控制技术”所 学理论知识进行控制器的设计和计算机控制的算法实现。为今后毕业设计、将来工作做必要的知识储备。 课程设计主要要求有：
1) 掌握步进电机工作原理和51单片机的工作原理、控制方式设置方法，给 出完整硬件原理图。 2) 学会利用C或C++等高级语言编程，实现步进电机速度、方向、及旋转角 度的控制功能。 3) 整理程序设计文档、按照课程设计要求撰写课程设计报告，字数不少于 8000字。 指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日
步进电机驱动电路设计
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深入的应用。步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停止的特点。因为步进电动机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能上能满足工业控制的基本要求，所以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、医疗器件以及各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, 无刷直流电机的转子都普遍使用永磁材料组成的磁钢, 并且在航空、航天、汽车、精密电子等行业也被广泛应用。在电工设备中的应用，除了直流电磁铁（直流继电器、直流接触器等）外，最重要的就是应用在直流旋转电机中。在发电厂里，同步发电机的励磁机、蓄电池的充电机等，都是直流发电机；锅炉给粉机的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、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。直流发电机通常是作为直流电源，向负载输出电能；直流电动机则是作为原动机带动各种生产机械工作，向负载输出机械能。在控制系统中，直流电机还有其它的用途，例如测速电机、伺服电机等。他们都是利用电和磁的相互作用来实现向机械能能的转换。 介绍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单片机及脉冲分配器(又称逻辑转换器) L298完成步进电机和直流电机各种运行方式的控制。实现步进电机的正反转速度控制并且显示数据。整个系统采用模块化设计,结构简单、可靠,通过按键控制，操作方便，节省成本。 关键词：步进电机，单片机控制，AT89S52，L297，L298目录
步进电机及其驱动系统简介中英文翻译
步进电机及其驱动系统简介中英文翻译Step characteristics for machine for angular displacement for entering the electrical engineering is first kind will give or get an electric shocking the pulse signal conversion cowgirl or line potential moving battery carry outing a piece, having the fast stopping, accurate step entering and directly accepting the arithmetic figure measuring, because of but got the extensive application.Such as in the drafting machine, print the machine and optical instrument inside, and all adopt the inside of a place control system for entering the electrical engineering to positioning to paint the pen print head or optical prinipal, especially indrstry process the type control, and move to spread to feel the to can immediately attain the precision fixed position because of its precision and need not potential, and control the technique along with the calculator of continuously deveolp, applied to would be more and more extensive. Control and can is divided into the simple control sum the complicacy to control to motor two kind.The simple control points to proceeds to start to motor, the system move, positive and negative revolution and sequential https://www.sodocs.net/doc/cc12071093.html,plicacy the control point to the motor's revolving speed, screw angle, turning moment, tension, electric current etc. physics quantisty progress control.Control technique that the
基于proteus的步进电机电机仿真
基于ｐroteus的步进电机电机仿真 摘要:步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移,所以被认为是理想的数控机床的执行元件。本设计利用proteus仿真软件进行电路仿真，系统通过设置四个按键分别控制不进电机的起止、圈数、方向、不进速度,使用1602液晶显示以上参数。整个系统具有稳定性好,实用性强，操作界面友好等优点。 关键词:prｏteus 仿真不进电机拍数 一、Ｐroteｕｓ简介 Ｐroｔeus ＩＳＩＳ是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Ｗinｄoｗs操作系统上，可以仿真、分析(SPICＥ)各种模拟器件和集成电路,该软件的特点是: ①实现了单片机仿真和SＰＩCE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、Ｉ2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 ②支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有:6８0０0系列、８051系列、AVR系列、PＩC12系列、ＰIＣ1６系列、PＩC1８系列、Ｚ8０系列、HC１1系列以及各种外围芯片。 ③提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态,因此在该软件仿真系统中,也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C５１uVision2等软件。 ④具有强大的原理图绘制功能。总之,该软件是一款集单片机和SPIＣE分析于一身的仿真软件,功能极其强大。 二、整体电路分析 如下图,整个设计以STC89Ｃ5１单片机为中心,由复位电路，时钟电路，电机驱动，步进电机，显示电路等组成，硬件模块如图2－1所示: 图1 硬件模块图
步进电机驱动电路设计
https://www.sodocs.net/doc/cc12071093.html,/gykz/2010/0310/article_2772.html 引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。驱动器接收到一个脉冲信号后，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。首先，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；其次，通过控制脉冲顿率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到涮速的目的。目前，步进电机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，在机电一体化产品中应用广泛，常用作定位控制和定速控制。步进电机驱动电路常用的芯片有l297和l298组合应用、3977、8435等，这些芯片一般单相驱动电流在2 a左右，无法驱动更大功率电机，限制了其应用范围。本文基于东芝公司2008年推出的步进电机驱动芯片tb6560提出了一种步进电机驱动电路的设计方案 1步进电机驱动电路设计 1.1 tb6560简介 tb6560是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式步进电机驱动芯片。其主要特点有：内部集成双全桥mosfet驱动；最高耐压40 v，单相输出最大电流3.5 a(峰值)；具有整步、1／2、1／8、1／16细分方式；内置温度保护芯片，温度大于150℃时自动断开所有输出；具有过流保护；采用hzip25封装。tb6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路：控制信号隔离电路、主电路和自动半流电路。 1.2步进电机控制信号隔离电路 步进电机控制信号隔离电路如图1所示，步进电机控制信号有3个(clk、cw、enable)，分别控制电机的转角和速度、电机正反方向以及使能，均须用光耦隔离后与芯片连接。光耦的作用有两个：首先，防止电机干扰和损坏接口板电路；其次，对控制信号进行整形。对clk、cw信号，要选择中速或高速光耦，保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动，且驱动板能满足更高脉冲频率驱动要求。本设计中选择2片6n137高速光耦隔离clk、cw，其信号传输速率可达到10 mhz，1片tlp521普通光耦隔离enable信号。应用时注意：光耦的同向和反向输出接法；光耦的前向和后向电源应该是单独隔离电源，否则不能起到隔离干扰的作用。
步进电机 驱动器 控制器三者的关系
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）
根据Proteus的步进电机的设计仿真
目录 目录 (1) 摘要 (2) 第一章 Proteus绘制仿真原理图 (3) 1.1 Proteus简介 (3) 1.2 Proteus ISIS简介 (3) 第二章硬件电路设计 (4) 2.1 步进电机 (5) 2.1.1 步进电机简介 (5) 2.1.2 步进电机的特点 (5) 2.2 STC8951单片机 (6) 2.2.1 总述 (6) 2.2.2 性能 (6) 2.2.3 结构概览 (7) 2.2.4 芯片的引脚排列和说明 (8) 2.3 ULN2003A介绍 (10) 2.4 复位电路和时钟电路 (11) 2.5 整个电路的原理 (12) 第三章软件系统设计 (13) 3.1 电路流程图 (13) 第四章电路仿真 (13) 4.1 Proteus原理图绘制过程 (13) 4.2 仿真设置 (16) 第五章硬件电路的制作与调试 (19) 5.1焊接准备与注意事项 (19) 5.2单片机程序写入 (20) 5.3 硬件安装 (21) 5.4硬件调试 (22) 总结 (23) 参考文献 (24) 附录（程序） (25)
摘要 步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。本设计利用proteus仿真软件进行电路仿真，系统通过设置四个按键分别控制不进电机的起止、圈数、方向、不进速度，使用1602液晶显示以上参数。整个系统具有稳定性好，实用性强，操作界面友好等优点。本文应用单片机、步进电机驱动芯片、字符型LCD和键盘阵列，构建了集步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。二维工作台作为被控对象通过步进电机驱动滚珠丝杆在X/Y轴方向联动。文中讨论了一种以最少参数确定一条圆弧轨迹的插补方法和步进电机变频调速的方法。步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法，可以有效地减少系统开发的周期和成本。最后给出了步进电机控制系统的应用实例。
舞蹈机器人步进电机驱动电路和程序设计
舞蹈机器人步进电机驱动电路和程序设计 摘要：介绍了舞蹈机器人步进电机驱动电路和程序设计。电路采用74373锁存,74LS244和ULN2003作电压和电流驱动,单片机AT89C52作工作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时复用方式,实时更新各个电机的速度和方向。 关键词：单片机,中断服务,速度累加计数器,归一化速度 在机器人舞蹈时,我们用一个单片机控制多个步进电机指挥跳舞机器人的双肩、双肘和双脚伴着音乐做出各种协调舒缓充满感情的动作。电路采用74373锁存,74LS244和ULN2003作电压和电流驱动,单片机（Atc52）作脉冲序列信号发生器。程序设计基于中断服务和总线分时利用方式,实时更新各个电机的速度、方向。整个舞蹈由运动数据所决定的一截截动作无缝连接而成。 1 步进电机简介 步进电机根据内部线圈个数不同分为二相制、三相制、四相制等。本文以四相制为例介绍其内部结构。图1为四相五线制步进电机内部结构示意图。 2 四相五线制步进电机的驱动电路 电路主要由单片机工作外围电路、信号锁存和放大电路组成。我们利用了单片机的I/O端口,通过74373锁存,由74LS244驱动,ULN2003对信号进行放大。8个电机共用4bit I/O端口作为数据总线,向电机传送步进脉冲。每个电机分配1bit的I/O端口用作74373锁存信号,锁存步进电机四相脉冲,经ULN2003放大到12V驱动电机运转。
电路原理图（部分）如图2所示。 （1）Intel 8051系列单片机是一种8位的嵌入式控制器,可寻址64K字节,共有32个可编程双向I/O口,分别称为P0～P3。该系列单片机上集成8K的ROM,128字节RAM可供使用。 （2）74LS244为三态控制芯片,目的是使单片机足以驱动ULN2003。ULN2003是常用的达林顿管阵列,工作电压是12V,可以提供足够的电流以驱动步进电机。关于这些芯片的详细介绍可参见它们各自的数据手册。 （3）74373是电平控制锁存器,它可使多个步进电机共用一组数据总线。我们用P1.0～P1.7作为8个电机的锁存信号输出端,见表1。
proteus下步进电机控制
p r o t e u s下步进电机控 制 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
目录 摘要 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 一、课程设计目的与要求....................................................... 错误!未定义书签。 1.课程设计目的......................................................................... 错误!未定义书签。2．设计要求.............................................................................. 错误!未定义书签。 二、电路设计原理及原理图................................................... 错误!未定义书签。 1.设计方案................................................................................. 错误!未定义书签。 2.电路原理................................................................................. 错误!未定义书签。 开关控制电路........................................................................ 错误!未定义书签。 晶振电路................................................................................ 错误!未定义书签。 复位电路................................................................................ 错误!未定义书签。 电机驱动电路........................................................................ 错误!未定义书签。 3.原理图..................................................................................... 错误!未定义书签。 4.流程图..................................................................................... 错误!未定义书签。 5.软件设计................................................................................. 错误!未定义书签。 三、设计过程........................................................................... 错误!未定义书签。 1.筹备过程................................................................................. 错误!未定义书签。 2.制作过程................................................................................. 错误!未定义书签。 3.调试过程................................................................................. 错误!未定义书签。 4.元件清单................................................................................. 错误!未定义书签。 四、总结.................................................................................... 错误!未定义书签。 1.结论总结................................................................................. 错误!未定义书签。 2.心得体会................................................................................. 错误!未定义书签。 五、致谢................................................................................... 错误!未定义书签。 六、参考文献............................................................................ 错误!未定义书签。附件............................................................................................ 错误!未定义书签。
步进电机驱动方式的分类及比较
步进电机驱动方式的分类及比较 步进电机驱动方式的分类及比较：步进电机驱动方法的分类主要有恒电压驱动方式、恒电流斩波驱动方式和细分驱动方式。以下是这几种驱动方式的简介及比较。 1 恒电压驱动方式 1．1 单电压驱动 单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电。如图2所示，L为电机绕组，VCC为电源。当输入信号In为高电平时，提供足够大的基极电流使三极管T处于饱和状态，若忽略其饱和压降，则电源电压全部作用在电机绕组上。当In为低电平时，三极管截止，绕组无电流通过。 为使通电时绕组电流迅速达到预设电流，串入电阻Rc；为防止关断T时绕组电流变化率太大，而产生很大的反电势将T击穿，在绕组的两端并联一个二极管D和电阻Rd，为绕组电流提供一个泄放回路，也称“续流回路”。 单电压功率驱动电路的优点是电路结构简单、元件少、成本低、可靠性高。但是由于串入电阻后，功耗加大，整个功率驱动电路的效率较低，仅适合于驱动小功率步进电机。 1．2 高低压驱动 为了使通电时绕组能迅速到达设定电流，关断时绕组电流迅速衰减为零，同时又具有较高的效率，出现了高低压驱动方式。 如图3所示，Th、T1分别为高压管和低压管，Vh、V1分别为高低压电源，Ih、I1分别为高低端的脉冲信号。在导通前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率，而在前沿过后用低电压来维持绕组的电流。高低压驱动可获得较好的高频特性，但是由于高压管的导通时间不变，在低频时，绕组获得了过多的能量，容易引起振荡。可通过改变其高压管导通时间来解决低频振荡问题，然而其控制电路较单电压复杂，可靠性降低，一旦高压管失控，将会因电流太大损坏电机。 2 恒电流斩波驱动方式 2．1 自激式恒电流斩波驱动 图4为自激式恒电流斩波驱动框图。把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D／A转换器输出的预设值进行比较，控制功率管的开关，从而达到控制绕组相电流的目的。从理论上讲，自激式恒电流斩波驱动可以将电机绕组的电流控制在某一恒定值。但由于斩波频率是可变的，会使绕组激起很高的浪涌电压，因而对控制电路产生很大的干扰，容易产生振荡，可靠性大大降低。
步进电机及其驱动电路
第三节步进电动机及其驱动 一、步进电机的特点与种类 1.步进电机的特点 步进电机又称脉冲电机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。每当输入一个电脉冲时，转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向。 步进电动机具有以下特点： ?工作状态不易受各种干扰因素(如电压波动、电流大小与波形变化、温度等)的影响； ?步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零” ； ?由于可以直接用数字信号控制，与微机接口比较容易； ?控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”； ?不需要传感器进行反馈，可以进行开环控制； ?缺点是能量效率较低。 就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为以下三种： （1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance),也叫反应式步进电动机 （2）永磁(PM-Permanent Magnet)型 （3）混合(HB-Hybrid)型 （1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance) 结构原理：该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机。其结构原理如图3.5定子1 上嵌有线圈，转子2朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁阻型。
图3.6 可变式阻步进电机 可变磁阻步进电机的特点： 反应式电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力； 需要将气隙作得尽可能小，例如几个微米； 结构简单，运行频率高，可产生中等转矩，步距角小（0.09~9°） 制造材料费用低； 有些数控机床及工业机器人上使用。 （3）混合(HB-Hybrid)型 结构原理 这类电机是PM式和VR式的复合形式。其定子与VR类似，表面制有小齿，转子由永磁铁和铁心构成，同样切有小齿，为了减小步距角可以在结构上增加转子和定子的齿数。其结构如图3.7所示。 混合式步进电机特点: HB兼有PM和VR式步进电机的特点： 步距角可以做得较小(0.9~3.6°)； 无励磁时具有保持力； 可以产生较大转矩，应用较广。
步进电机的驱动L298 L297与PROTEUS仿真
第十一章 步进电机 本章主要讲述步进电机的驱动。 11.1：L298 C 程序： #include
11.2：L297与L298 C程序： #include
实用的步进电机驱动电路图
实用的步进电机驱动电路(图) 概述 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，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。 目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计选用第三种方案，用PMM8713三相或四相步进电机的脉冲分配器、SI-7300A 两相或四相功率驱动器，组成四相步进电机功率驱动电路，以提高集成度和可靠性，步进电机控制框图见图1。 图1 步进电机控制系统框图 硬件简介 ● PMM8713原理框图及功能 PMM8713是日本三洋电机公司生产的步进电机脉冲分配器，适用于控制三相或四相步进电机。控制三相或四相步进电机时都可以选择3种励磁方式，每相最小吸入与拉出电流为20mA，它不仅满足后级功率放大器的输入要求，而且在其所有输入端上均内嵌施密特触发电路，抗干扰能力强，其原理框图如图2所示。
图2 PMM8713的原理框图 在PMM8713的内部电路中，时钟选通部分用于设定步进电机的正反转脉冲输入发。PMM8713有两种脉冲输入法：双脉冲输入法和单脉冲输入法。采用双脉冲输入法时，CP、CU两端分别输入步进电机正反转的控制脉冲。当采用单脉冲输入时，步进电机的正反转方向由U/D的高、低电位决定。 激励方式控制电路用来选择采用何种励磁方式。激励方式判断电路用于输出检测；而可逆环形计数器则用于产生步进电机在选定的励磁方式下的各相通断时序信号。 ● SI-7300A的结构及功率驱动原理 SI-7300A是日本三青公司生产的高性能步进电机集成功率放大器，该器件为单极性四相驱动，采用SIP18封装。 步进电机功率驱动级电路可分为电压和电流两种驱动方式。电流驱动方式最常用的是PWM恒流斩波驱动电路，也是最常用的高性能驱动方式，其中一相的等效电路图如图3所示。
步进电机控制驱动电路设计.
实习名称：电子设计制作与工艺实习 学生姓名：周文生 学号：201216020134 专业班级：T-1201 指导教师：李文圣 完成时间： 2014年6月13日 报告成绩：
步进电机控制驱动电路设计 摘要： 本设计在根据已有模电、物电知识的基础上，用具有置位，清零功能的JK 触发器74LS76作为主要器件来设计环行分配器，来对555定时器产生的脉冲进行分配，通过功率放大电路来对步进电机进行驱动，并且产生的脉冲的频率可以控制，从而来控制步进电机的速度，环形分配器中具有复位的功能，在对于异常情况可以按复位键来重新工作。 关键字：555定时器脉冲源环行分配器功率放大电路 一、方案论证与比较： （一）脉冲源的方案论证及选择： 方案一：采用555定时器产生脉冲，它工作频率易于改变从而可以控制步进电机的速度并且工作可靠，简单易行。 C2 10uF 图一 555定时器产生的方法 方案二:采用晶振电路来实现，晶振的频率较大，不利于电机的工作，易失步，我们可以利用分频的方法使晶振的频率变小，可以使电机工作稳定，但分频电路较复杂，并且晶振起振需要一定的条件，不好实现。
X1 1kohm 1kohm 图二晶振产生脉冲源电路 综上所述，我们采用方案一来设计脉冲源。 （二）环形分配器的设计： 方案一：采用74ls194通过送入不同的初值来进行移位依此产生正确的值使步进电机进行转动。但此方案的操作较复杂，需要每次工作时都要进行置位，正反转的操作较复杂，这里很早的将此方案放弃。 方案二：使用单独的JK 触发器来分别实现单独的功能。 图三双三拍正转 图四单三拍正转
图五三相六拍正转 利用单独的做，电路图较简单，单具体操作时不方便，并且不利于工程设计。块分的较零散，无法统一。 方案三：利用JK触发器的自己运动时序特性设计，利用卡诺图来进行画简。 图六单，双三拍的电路图 单，双三拍的正，反转主要由键s1,s2的四种状态来决定四种情况的选择。
两相步进电机驱动程序
/******************************************************************************************** 程序名：两相步进电机驱动程序 器材：35两相步进电机 驱动芯片：A4988驱动 ********************************************************************************************/ #include
TIM=0; } break; case 1: if(TIM) { F1 = 1; F2 = 0; F3 = 0; F4 = 1; MotorStep = 2; TIM=0; } break; case 2: if(TIM) { F1 = 1; F2 = 1; F3 = 0; F4 = 0; MotorStep = 3; TIM=0; } break; case 3: if(TIM) { F1 = 0; F2 = 1; F3 = 1; F4 = 0; MotorStep = 0; TIM=0; } break; } }
步进电机驱动模块L298N介绍
不进电机驱动L298N均采用ST原装芯片，性能非常稳定！ 一、特点 L298N是ST公司生产的一款电机驱动芯片，L298N芯片内含两个全桥式驱动器，可以同时驱动两个直流电机或者一个两相四线步进电机。逻辑输入部分加入光电隔离模块，从而更好的保护控制器；模块最大输入电压为40V，单路峰值电流为3A，持续2A，最大功率不得超过25W；逻辑端输入端采用标准TTL电平控制，并设有两个使能端ENA\ENB，用来允许、禁止器件工作，默认接到VCC。
IN1-IN4：逻辑输入端，其中IN1、IN2控制电机M1；IN3、IN4控制电机M2。例如IN1输入高电平1,IN2输入低电平0，对应电机M1正转；IN1输入低电平0,IN2输入高电平1，对应电机M1反转，调速就是改变高电平的占空比。 ENA、ENB：L298N使能端（高电平有效，默认用短接到VCC），可通过这两个端口实现PWM 调速（使用PWM调速时取下跳线帽），具体参考L298N芯片手册。 VCC/GND：逻辑控制部分供电，可以用控制器的5V/3.3V来供电。 VIN/GND：电机供电电源接口，VIN、GND分别接电源正、负极 M1、M2：电机接口，没有正负之分，如果发现电机转向不对将电机两线调换即可
例子 四、电机控制： 例如逻辑输入部分接单片机P0口的P0.0-P0.3，那么想让电机正转只要给1010,反转给0101即可： Void main() { While(1) { P0=0xaa;//IN1-4输入1010，电机正转
Delay(1000);//延时1秒 P0=0x55;//IN1-4输入0101，电机反转 Delay(1000);//延时1秒 } }
步进电机及其驱动
步进电机及其驱动 1.步进电机的特点与种类 （1）步进电机的特点 步进电机又称脉冲电动机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲,转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步,只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电动机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向、很容易用微机实现数字控制。步进电机具有如下特点: １）步进电机的工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等）的影响，只要在它们的大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前,就不影响其正常工作； 2）步进电机的步距角有误差,转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后,其累积误差变为“零”，因此不会长期积累； ３)控制性能好,在启动、停止、反转时不易“丢步”。因此,步进电机被广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。 (2)步进电机的种类 步进电机的种类很多，有旋转式步进电机,也有直线步进电机;从励磁相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电机。就常用的旋转式步进电机的转子结构来说,可将其分为以下三种： 1）可变磁阻(VＲ-VａrｉablｅＲeluctance)型 该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称反应式步进电机。其结构原理如下图所示。其定子１与转子２由铁心构成,没有永久磁铁，定子上嵌有线圈,转子朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁型。 此类电动机的转子结构简单、转子直径小,有利于高速响应。由于VＲ型步进电机的铁心无极性,故不需改变电流极性,因此多为单极性励磁。
微型步进电机的驱动系统
步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作。随着电子科学技术的发展，步进电机的应用越来越广泛。 微型步进电机在选择减速电机时要看下驱动IC的角度看步进电机，微型步进电机是由微型电机和步进电机的统称。那么，下面由维科特简单介绍微型步进电机的驱动系统： 微型同步电机检波：微型同步电机压降会造成芯片内部很大功耗，在反向电流泄放路径，都要经过两个肖特基二极管，打开肖特基二极管并联的MOS管，通过在反向放电时，可以使电流走MOS管旁路，以便能够减小芯片功耗。 单双无型极性电机的区分单极性电机，由单极性IC驱动。其一端接Vcc，输出力矩降至full step的9.8%，另一端由IC控制连接或断开微步驱动，会造成每步输出力矩下降细分为1/16时，1/32时，降至4.91%，到1/128时，降至1.23%。微型步进电机驱动的最大好处就是共振低，噪声小。
微型电机衰减模式：由于电机为感性负载，会引入反生电动势，在快速通断时时，必须考虑其泄放途径。有两种基本衰减模式：一种快速衰减：方法是先关闭source、sink极，接着线组对负电机电源放电。另一种慢速衰减：只source极关闭，绕组短路放电。为使电机驱动电流更加理想化，一般电机驱动IC，都使用混合衰减模式：先快速衰减，再慢速衰减，而且可以调整快速衰减→慢速衰减的切换时间点，以达到波形更精细的控制。 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，我们还可以提
用proteus学习步进电机
用proteus学习步进电机 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）。您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；同时您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。2.步进电机分哪几种? 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。 上面是我在网上搜到的，重复的事情就不要做了，所以我直接给粘过了，我简单的解释一下， 步进电机了，一般有，二相的，三相的，五相的，所谓的的相，就是电机里面推动电机的转的东西，叫绕组，二相的了，就是有两个绕组，如果说分A,B的话，A转一下，B再转一下，一圈了是360度，一个可以转1.8度，算一算，就是20次，AB它们就像接力一样，你推着轴转一些，我在接着转。很显然，如果有三项，或是五项的话，那么就会比较精细，也就是说，每次转度的角度，可以更小，可以更精确的控制，反正就是这么回事。 上图。 一开始，我看了这个MOTOR的线不知道怎么接，有6根，其实，中间的两根是接电源的， 上面的两根，下面的两根，分别接单片机的IO口。驱动步进电机的，用的是ULN2003 还有L297/L298 我问下朋友，他们说L297/298现在用的多些，今天先用ULN2003联下，有时间再用L297/L298试下，另我买的开发板是个两相的，是用H式三极管来驱动的，很有意思，
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