基于单片机的步进电机毕业论文.doc

1 绪论1.1 步进电机的概述 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。1.2 步进电机的现状及其发展 目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件，具有无累积误差、成本低、控制简单特点。1.3 课题研究的内容及设计方案 本次设计主要由单片机AT89C51，步进电机驱动芯片ULN2803A，2相6线步进电机，按键及一些其他相关元件设计而成。 1．采用单片机AT89C512．采用ULN2803A为驱动芯片，对步进电机进行启动 停止，正转 反转，加速 减速的控制。 2 步进电机的介绍 2.1 步进电机原理 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，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。 2.2 步进电机的特征 步进电机具有自身的特点，归纳起来有： (1)位置及速度控制简便 步进电机在输入脉冲信号时，可以依输入的脉冲数量做固定角度的旋转而得到灵活的角度控制(位置控制)。因为速度和输入脉冲的频率成正比，运转速度可在相当宽范围内平滑调节。 (2)可以直接进行开环控制 因为步距误差不长期累积，可以不需要速度传感器以及位置传感器，就能以输 入的脉冲数量和频率构成具有一定精度的开环控制系统。 (3)高可靠性 不使用电刷，电机的寿命长，仅取决于轴承的寿命。 (4)具定位保持力矩 永磁式、混合式步进电机在停止状态下(无脉冲信号输入时)，仍具有励磁保持 力矩，故即使不靠机械式的刹车，也能做到停止位置的保持。 (5)中低速时具备高转矩 步进电机在中低速时具有较大的转矩，能够较同级伺服电机提供更大的扭力输出。 2.3 步进电机的分类 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。2.4 步进电机的术语 1. 相数 产生不同对极N、Sm表示。 2．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AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。3. 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=360J为运行拍数），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1.8°（俗称整步），八拍运行时步距角为0.9°（俗称半步）。 4. 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）。 5. 静转矩 电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。 三相反应式步进电机,定子有六个极,不带小齿,.几种工作方式的相序如下: 三相单三拍 ABCA 三相六拍 AABBBCCCAA 三相双三拍 ABBCCAAB 三相是指步进电机具有三相定子绕组 “三拍”