步进电机角度控制设计

基于步进电机控制系统设计摘要：文中给出了一种步进电机控制系统。

系统利用AT89C51单片机对由键盘输入的时间和角度进行控制处理，实现对步进电机运转的精确定时定位。

通过键盘输入给出步进电机需要运转的时间和角度，采用LCD1602液晶显示剩余的时间和角度。

关键词：AT89C51；步进电机1 系统总体设计方案系统由单片机，步进电机，键盘输入电路，按键电路，液晶显示电路，步进电机驱动电路，蜂鸣器电路等组成。

系统框图如图1所示。

系统以AT89C51单片机作为主控单片机，接收由键盘输入的时间和角度信号，控制步进电机精确的运行和液晶显示剩余的时间和剩余的角度。

电机正反转可以由按键模块确定；电机运行结束时候的提示音由蜂鸣器模块来完成。

2 系统硬件设计2.1 步进电机模块步进电机在本质上属于一种执行机构元件，其旋转是一步一步运行的。

每当步进驱动器接收到单片机输出地一个脉冲信号时，它将驱动步进电机按设定的旋转方向转动一个固定的角度，通常这个角度叫做”步进角”。

通常步进电机的齿数和运行拍数决定步进角。

所需要的角位移量可以通过改变脉冲的个数而得到，从而可以准确定位；其次改变脉冲的频率可以控制电机转动的速度和加速度即可进行调速。

本次设计采用四相六线步进电机，工作方式为八拍。

步进电机的齿数是50，步进角为0.9度。

一个周期内运转7.2度。

2.2 液晶显示模块设计液晶显示模块[6]采用能显示各种字体的数字、汉字、图像和自定义显示内容LCD1602显示器。

本次设计利用液晶显示步进电机运行剩余的时间和剩余的角度。

LCD1602液晶显示模块与单片机的连接如图2所示。

2.3 矩阵键盘输入模块键盘中根据按键连接方式的不同可以分为独立式键盘和行列式键盘两大类，每一类都有编码和非编码键盘之分。

编码键盘主要是用硬件识别按键，典型的应用是PC中的键盘，非编码键盘主要是通过软件来实现键盘的定义与识别，非编码键盘的特点是结构简单，成本价格低，在单片机系统中得到了广泛的应用[7]，本次设计按键的识别采用的是较为常用的逐行（逐列）扫描查询法。

实训课题三PLC实现步进电机正反转和调速控制一、实验目的1、掌握步进电机的工作原理2、掌握带驱动电源的步进电机的控制方法3、掌握DECO指令实现步进电机正反转和调速控制的程序二、实训仪器和设备1、FX2-48MR PLC 一台2、两相四拍带驱动电源的步进电机一套3、正反切换开关、起停开关、增减速开关各一个三、步进电机工作原理步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转换成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，图3-1是一个三相反应式步进电机结图。

从图中可以看出，它分成转子和定子两部分。

定子是由硅钢片叠成，定子上有六个磁极（大极），每两个相对的磁极（N、S极）组成一对。

共有3对。

每对磁极都绕有同一绕组，也即形成1相，这样三对磁极有3个绕组，形成三相。

可以得出，三相步进电机有3对磁极、3相绕组；四相步进电机有4对磁极、四相绕组，依此类推。

反应式步进电动机的动力来自于电磁力。

在电磁力的作用下，转子被强行推动到最大磁导率（或者最小磁阻）的位置，如图3-1（a）所示，定子小齿与转子小齿对齐的位置，并处于平衡状态。

对三相异步电动机来说，当某一相的磁极处于最大导磁位置时，另外两相相必处于非最大导磁位置，如图3-1（b）所示，即定子小齿与转子小齿不对齐的位置。

图3—1三相反应式步进电动机结构图把定子小齿与转子小齿对齐的状态称为对齿，把定子小齿与转子小齿不对齐的状态称为错齿。

错齿的存在是步进电机能够旋转的前提条件，所以，在步进电机的结构中必须保证有错齿的存在，也就是说，当某一相处于对齿状态时，其它绕组必须处于错齿状态。

本实验的电机采用两相混合式步进电机，其内部上下是两个磁铁，中间是线圈，通了直流电以后，就成了电磁铁，被上下的磁铁吸引后就产生了偏转。

因为中间连接的电磁铁的两根线不是直接连接的，是采用在转轴的位置用一根滑动的接触片。

这样如果电磁铁转过了头，原先连接电磁铁的两根线刚好就相反了，所以电磁铁的N极S极就和以前相反了。

步进电机的细分控制
步进电机的细分控制是指通过对电机的控制信号进行细分，使电机的转动角度变得更精确。

通常情况下，步进电机有固定的步距角度，比如1.8度、0.9度等。

但通过细分控制，可以将
这个步距角度进一步细分，从而实现更精确的控制。

细分控制常用的方法是使用微步驱动器。

微步驱动器可以将电机的控制信号进行细分，使电机能够以更小的步距角度运动。

常见的微步数有2、4、8、16、32、64等。

例如，如果一个步进电机的步距角度为1.8度，通过设置微步数为16，就可以将每个步进分为16个微步，从而实现步距角度为0.1125度的细
分控制。

细分控制可以提高步进电机的精度和平滑性，减小震动和噪音。

但同时也增加了系统的复杂性和控制难度。

细分控制还可以实现步进电机的微调和精确定位，适用于需要高精度的应用场合，如3D打印机、数控机床和精密仪器等。

需要注意的是，细分控制会增加步进电机的功耗和热量产生，需要考虑电机和驱动器的散热问题。

此外，选择合适的驱动器和控制方式也是细分控制的关键，不同的电机和应用场景可能需要不同的控制方法和参数设置。

单片机控制步进电机程序设计1.引言步进电机是一种常用的电机类型，其特点是精度高、稳定性好、速度可调。

在很多自动控制系统中，步进电机被广泛应用于位置控制、定位、打印机等领域。

本文将介绍如何使用单片机来控制步进电机，并给出一个简单的步进电机程序设计示例。

2.步进电机简介步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机。

其优点包括：-分辨率高：每个步进电机的旋转角度可以非常小，可实现较高的位置精度。

-可控制性强：通过控制电压脉冲的频率和顺序，可以精确控制步进电机的转动方向和步数。

-响应快速：步进电机的响应速度较快，可达数千转每分钟。

3.单片机选型与连接在实现步进电机的控制过程中，我们选择了一款适用于步进电机控制的单片机。

这款单片机具有以下特点：-高效的运算能力和大容量存储空间，适用于复杂的控制算法。

-可编程性强，支持多种开发环境，开发过程相对简便。

-丰富的外设接口，方便与步进电机的连接和控制。

连接单片机与步进电机的基本电路如下所示：步进电机驱动引脚1--单片机引脚A步进电机驱动引脚2--单片机引脚B步进电机驱动引脚3--单片机引脚C步进电机驱动引脚4--单片机引脚D4.步进电机控制原理步进电机控制原理基于对步进电机驱动引脚输入电压脉冲信号的控制。

针对不同的步进电机类型，控制方式可以有所不同，常见的控制方式包括全步进控制和半步进控制。

4.1全步进控制全步进控制方式是将电流依次施加到步进电机的每个驱动相，使其按照一定顺序正转或反转。

控制步骤如下：1.给引脚A和引脚B施加电压，使电机顺时针转动一个步距。

2.给引脚B和引脚C施加电压，使电机顺时针转动一个步距。

3.给引脚C和引脚D施加电压，使电机顺时针转动一个步距。

4.给引脚D和引脚A施加电压，使电机顺时针转动一个步距。

4.2半步进控制半步进控制方式是在全步进控制的基础上，通过控制相邻两个相的电流互补关系，实现更细微的步距调整。

控制步骤如下：1.给引脚A施加电压，使电机顺时针转动半个步距。

前言单片机是一个单芯片形态、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。

它的出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。

从此，计算机技术在两个重要领域-—通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得到了极其重要的发展，并正在深深地改变着我们的社会。

采用8031单片机控制步进电机，可实现步进电动机正反转控制和步进电动机的无级调速。

分析了步进电机的工作原理,讨论了系统硬件和软件的设计方法,并给出了步进电机的四相八拍单片机控制的具体实现方法。

该系统操作简单，降低了成本，提高了系统的可靠性。

步进电机具有控制方便和体积小等特点,因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用。

近年来大规模集成电路的发展以及各种单片机的迅速发展和普及,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.步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，它的运行需要专门的驱动电源，驱动电源的输出受外部的脉冲信号控制。

每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度,这个角度称为步距角。

脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了电动机旋转的速度，改变绕组的通电顺序可以改变电机旋转的方向。

在数字控制系统中，它既可以用作驱动电动机，也可以用作伺服电动机.它在工业过程控制中得到广泛的应用，尤其在智能仪表和需要精确定位的场合应用更为广泛。

1 单片机的基本知识1。

1 概述单片微型计算机简称单片机，由于它的结构及功能均是按工业控制要求设计的,所以其确切的名称应是单片微控制器（Single Chip Microcontroller）.它是把微型机算计的各个功能部件：中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、并行I/O接口、定时器/计数器及串行通信接口等集成在一块芯片上，构成一个完整的微型计算机系统,故又把它称为单片微型计算机系统（Single Chip Microcomputer）.由于单片机面对的是测控对象，突出的是控制功能，所以它从功能和形态上来说都是应控制领域应用的要求而诞生的.随着单片机技术的发展，它在芯片内集成了许多面对测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O口、PWM、WDT等。

D10-基于单片机旳步进电机控制系统一、理解什么是步进电机以及其工作原理步进电机是数字控制电机，步进电机旳运转是由电脉冲信号控制旳，其角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每个一种脉冲，步进电机就转动一种角度（不距角）或前进、倒退一步。

步进电机旋转旳角度由输入旳电脉冲数确定，因此，也有人称步进电机为数字/角度转换器。

步进电机旳各相绕组按合适旳时序通电，就能使步进电机转动。

当某一相绕组通电时，对应旳磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，假如定子和转子旳小齿没有对齐，在磁场旳作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小途径旳特点，则转子将转动一定旳角度，使转子与定子旳齿互相对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转旳原因。

二、步进电机旳特点（1）步进电机旳角位移与输入脉冲数严格成正比，因此当它转一转后，没有合计误差，具有良好旳跟随性。

（2）由步进电机与驱动电路构成旳开环数控系统，既非常以便、廉价，也非常可靠。

同步，它也可以有角度反馈环节构成高性能旳闭环数控系统。

（3）步进电机旳动态响应快，易于启停、正反转及变速。

（4）速度可在相称宽旳范围内平滑调整，低速下仍能保证获得很大旳转矩，因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。

（5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接用交流电源或直流电源。

（6）步进电机自身旳噪声和振动比较大，带惯性负载旳能力强。

三、步进电机旳控制步进电机旳控制重要包括换相次序旳控制、速度控制、速度控制、加减速控制等，控制系统就是运用单片机旳功能实现以上控制旳系统，即本次设计旳目旳。

四、示意图五、硬件设计计划本设计旳硬件电路只要包括控制电路、最小系统、驱动电路、显示电路四大部分。

最小系统只要是为了使单片机正常工作。

控制电路只要由开关和按键构成，由操作者根据对应旳工作需要进行操作。

显示电路重要是为了显示电机旳工作状态和转速。

驱动电路重要是对单片机输出旳脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。

（1）控制电路根据步进电机旳工作原理可以懂得，步进电机转速旳控制重要是通过控制通入电机旳脉冲频率，从而控制电机旳转速。

实验九步进电机控制实验姓名专业通信工程学号成绩一、实验目的1.掌握keil C51软件与proteus软件联合仿真调试的方法；2.掌握步进电机的工作原理及控制方法；3.掌握步进电机控制的不同编程方法；二、实验仪器与设备1.微机1台2.keil C51集成开发环境3.Proteus仿真软件三、实验内容1.用Proteus设计一四相六线步进电机控制电路。

要求利用P1口作步进电机的控制端口，通过达林顿阵列ULN2003A驱动步进电机。

基本参考电路见后面附图。

2.编写程序，实现步进电机的正反转控制。

正反转时间分别持续10S时间，如此循环。

3.设计一可调速步进电机控制电路。

P3.2~P3.5分别接按键k1~k4，其中k1为正反转控制按键，k2为加速按键，k3为减速按键，k4为启动/停止按键，要求速度7档（1~7）可调，加减速各设3档，复位时位于4档，要求每档速度变化明显。

该步进电机控制电路在以上电路的基础上自行修改。

四、实验原理1.步进电机控制原理：1)步进电机是利用电磁铁的作用原理，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。

每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。

特点A.来一个脉冲，转一个步距角。

B.控制脉冲频率，可控制电机转速。

C.改变脉冲顺序，可改变转动方向。

2)以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。

三相反应式步进电动机的原理结构图如下，定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。

转子有四个齿。

给A相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。

由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。

由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因。

3）三相反应式步进电动机的控制原理①三相单三拍：A 相→ B 相→ C 相→ A 相②三相六拍：A→AB →B →BC →C → CA→ A③三相双三拍：AB →BC →CA→AB4）步距角计算公式：θ—步距角 Z r—转子齿数 m —每个通电循环周期的拍数2、ULN2003A：七达林顿阵列ULN2003A是集成达林顿管反相驱动电路，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动电机、继电器等功率器件。

基于stm32的步进电机控制系统设计与实现基于STM32的步进电机控制系统设计与实现步进电机是一种通过对电机的脉冲信号进行控制，使得电机按照一定角度或步长旋转的电机。

在许多应用中，如打印机、数控机床、纺织机械等场合，步进电机被广泛应用。

本文将介绍基于STM32的步进电机控制系统的设计与实现。

1. 系统设计在步进电机控制系统的设计中，首先需要确定系统的功能和要求。

常见的步进电机控制系统一般包括以下几个部分：1.1 信号发生器：信号发生器负责生成电机驱动的脉冲信号。

可以使用定时器或外部模块产生高频率的脉冲信号，同时可以通过调整频率和占空比来控制电机的转速和方向。

1.2 位置检测：位置检测模块用于监测电机的旋转角度，并将检测的位置信息反馈给控制系统。

常用的检测方式包括光电传感器、编码器等。

1.3 控制算法：控制算法根据位置信息和系统要求，计算出电机的驱动信号，控制电机的旋转。

常见的控制算法包括开环控制和闭环控制，其中闭环控制更精准。

1.4 驱动模块：驱动模块负责将控制信号转换成适合步进电机的驱动信号，以驱动步进电机旋转。

2. 硬件实现基于STM32的步进电机控制系统的硬件实现主要包括STM32微控制器、步进电机驱动模块和位置检测模块。

2.1 STM32微控制器：选择适合的STM32微控制器作为系统的核心，根据步进电机的要求，选择合适的型号，例如STM32F4系列或STM32F7系列。

2.2 步进电机驱动模块：选择适用于步进电机的驱动模块，常见的驱动模块有A4988、DRV8825等。

驱动模块通常需要电平转换和增加电流限制，以保证步进电机的正常工作。

2.3 位置检测模块：选择合适的位置检测模块，根据具体的需求可以选择光电传感器、编码器等。

位置检测模块通常需要与STM32微控制器进行连接，将检测到的位置信息传输给控制系统。

3. 软件实现基于STM32的步进电机控制系统的软件实现主要包括控制算法的编写、驱动模块的配置和位置检测模块的读取。

PLC实现步进电机正反转和调速控制PLC（可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业自动化控制系统的计算机控制设备。

它可以实现对多种设备和机器的控制，包括步进电机。

步进电机是一种通过步进角度来控制转动的电机，其转动可以精确地控制在每个步进角度停留一段时间。

步进电机的正反转和调速控制是实现工业自动化过程中常用的功能，PLC可以很好地实现这些控制。

一、步进电机的正反转控制步进电机的正反转控制是通过控制步进电机的相序来实现的。

步进电机有多种相序方式，常见的包括正向旋转、逆向旋转、双向旋转等。

PLC 可以通过控制步进电机的相序开关来实现步进电机的正反转。

在PLC中，可以使用PLC的输出口来控制步进电机的相序开关。

通过将输出口与步进电机的控制线路连接，可以控制相序开关的状态，从而控制步进电机的正反转。

例如，将PLC的一个输出口连接到步进电机的CW （Clockwise）输入线路，另一个输出口连接到步进电机的CCW（Counter Clockwise）输入线路，可以通过控制这两个输出口的状态来实现步进电机的正反转。

二、步进电机的调速控制步进电机的调速控制是通过控制步进电机的脉冲频率来实现的。

步进电机的转速与脉冲频率成正比，脉冲频率越高，步进电机的转速越快。

因此，通过控制PLC输出口给步进电机发送的脉冲频率，可以实现步进电机的调速控制。

在PLC中，可以使用定时器模块来控制步进电机的脉冲频率。

定时器模块可以通过设定计时器的定时时间和周期，来控制输出口的脉冲频率。

通过控制定时器的定时时间，可以控制步进电机每个步进角度的停留时间，从而控制步进电机的转速。

除了定时器模块，PLC还可以使用计数器模块来实现步进电机的调速控制。

计数器模块可以通过设定计数器的初始值和计数步长，来控制输出口的脉冲频率。

通过控制计数器的初始值和计数步长，可以控制步进电机每个步进角度的停留时间，从而实现步进电机的转速控制。

三、步进电机正反转和调速控制实例以下是一个使用PLC实现步进电机正反转和调速控制的实例。