【正文】 xx大學學士學位論文基于單片機的步進電機的細分控制器的設計摘要步進電機是一種將電脈沖信號轉換成相應的角位移或線位移的機電元件，具有易于開環(huán)控制、無積累誤差等優(yōu)點，在眾多領域獲得了廣泛的應用。步進電機的運行品質既與電機的本體性能有關，也與驅動器和控制器的性能有關。一般步進電機的運行噪聲大，控制精度低，無法滿足很多場合下較高運行品質的要求，因此實現(xiàn)步進電機的細分控制可以較大地改善步進電機的系統(tǒng)性能。本課題在總結和歸納多種步進電機細分控制技術的基礎上，設計完成了基于單片機的步進電機細分控制系統(tǒng)。細分驅動技術是一種能有效改善步進電機低頻特性和提高步進精度的驅動技術。廣泛應用于對工況要求較高的場合，尤其在一些要求高精度、低噪音、低振動的系統(tǒng)中，細分驅動成為步進電機驅動的首選驅動技術。本文先介紹了三相步進電機的結構和工作原理，然后在對步進電機細分驅動技術和單片機研究的基礎上，分析了細分驅動對于改善步進電機運行性能的作用，該方案中電流細分技術基本上克服了傳統(tǒng)步進電機低速振動大和噪音大的缺點，減小發(fā)生共振的幾率。該方案能避免其它相繞組的感應電壓和繞組電流的漂移帶來的誤差，提高了細分精度。本文采用控制電路主要由AT89C51單片機、晶振電路、地址鎖存器、譯碼器、EEPROM存儲器及可編程鍵盤/顯示控制器Intel8279等組成，單片機是控制系統(tǒng)的核心。采用IR2130功率驅動芯片作為步進電機的功率驅動器件。文中對整個系統(tǒng)的架構及硬件電路和驅動軟件的實現(xiàn)都做了詳細的介紹。關鍵詞　單片機；步進電機；細分控制Design of Stepper Motor Subdivision Controller Based on MicrocontrollerAbstractStepper motor is a kind of electromechanical ponent that is driven in step angle or line displacement by electric pulse signal. Because of having the advantage of easy openloop control and no accumulating error，stepper motor is being applied widely in many fields . As an integrated system including with both stepping motor and driver，its quality of operation is depended on the performance of motor，driver and controller .Generally，the noise of the stepping motor is great，and control precision is low，which can＇t meet request of the high running quality in many situations . So the performance is improved in stepping motor operation through realizing the subdivision operation of stepping motor. This topic in summarizes various stepping motor subdivision control technology, on the basis of these technology, pleted the design of stepping motor subdivision system based on singlechip microputerThe stepper motor’s microstepping driver is a kind of driving technology that can effectively improve the step precision and characteristic of low frequency. It is mostly used when the equipments require highprecision，low noise or low vibration system, and it is being a more and more popular driving technology.In this paper，the working principle and configuration of threephase Stepper are introduced，then based on technologies such as stepper motor controller and microcontroller .we analysis the using of microstepping driving technology to improve operational performance . Current subdividing technology not only overes the disadvantages of motor’s vibration and noise at low speeds but also reduces probability of resonance. It prevents the reactive voltage errors brought by other windings and the drift errors brought by current. It improves the precision of subdivision. In the thesis，we develop a single chip puterbased digital controlling system for a threephase stepper motor that is mainly constructed from a AT89CS1 single chip puter and 8279IC which is used as the core of control parts and a three fullbridge driver IR2130. The power stage of this driver uses IGBT IR2130 that provides high reliability. Based on the approach，the system＇s whole architecture，the design of hardware and software are in traduced in detail. Keywords　 Single chip microputer；Stepper motor；Subdivide control不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 II 目錄摘要…… IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 步進電機概述 1 步進電機驅動系統(tǒng)概述 2 國內外研究狀況及發(fā)展趨勢 3 論文研究內容 4第2章 步進電機及其驅動系統(tǒng) 5 步進電機及其工作原理 5 步進電機的結構特點 5 步進電機的基本工作原理 5 繞組通電方式 6 步距角的控制 7 步進電機驅動系統(tǒng) 7 步進電機驅動系統(tǒng)簡介 7 步進電機細分驅動原理及特點 8 本章小結 9第3章 控制芯片及相關器件簡介 10 單片機的介紹 10 芯片的選擇 10 AT89C51單片機與管腳功能簡介 11 8位數(shù)模轉換器DAC0832簡介 14 8279顯示與鍵盤控制芯片簡介 15 8279顯示鍵盤控制芯片的功能 15 8279顯示鍵盤控制芯片引腳定義 15 IR2130驅動電路簡介 16 IR2130結構及功能 16 IR2130的逆變器電路結構 18 本章小結 19第4章 系統(tǒng)構架與硬件電路的設計 20 系統(tǒng)硬件結構 20 系統(tǒng)硬件電路設計 21 單片機控制電路 21 電機驅動電路 21 數(shù)模轉換電路 22 開關電源電路 22 顯示和鍵處理電路 23 本章小結 24第5章 系統(tǒng)軟件設計 25 系統(tǒng)軟件總體結構 25 系統(tǒng)開發(fā)軟硬件環(huán)境 25 步進電機控制主程序設計 26 步進電機細分驅動程序設計 27 步進電機顯示和鍵處理程序設計 28 本章小結 30結論 31致謝 32參考文獻 33附錄A 34附錄B 42附錄C 48千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行 IV 第1章 緒論 課題背景隨著電力電子技術、微電子技術，控制技術的快速發(fā)展和EDA技術的日益成熟，特別是高性能可編程邏輯器件的出現(xiàn)，使得步進電機驅動系統(tǒng)集成化設計成為可能，并伴隨著電動機本體的發(fā)展和變化，傳統(tǒng)電機分類間的界面越來越模糊。近代步進電機的驅動技術的主流是“電流型”，常規(guī)的控制技術僅對繞組的電流進行通斷控制，在轉子齒數(shù)一定的條件下，增加相數(shù)才能提高電機的分辨率。運用電流波形控制技術可方便地實現(xiàn)步進電機細分驅動。步進電機的細分驅動技術，從20世紀70年代開始研究，逐步發(fā)展到90年代完全成熟。我國對細分驅動技術的研究，起步時間與國外相差無幾。細分驅動技術的廣泛應用，使得電機的步距角不受相數(shù)的限制，為產品設計帶來方便。目前在步進電機的驅動技術上，采用斬波恒流驅動、細分驅動以及最佳升降頻控制，大大提高步進電機運行快速性和運轉精度，使步進電機在中、小功率應用領域向高速且精密化的方向發(fā)展。在驅動電路中，目前較普遍采用的功率開關管是功率場效應管(MOSFET)，與早先采用的大功率晶體管(GTR)相比有很多優(yōu)點。性能更加優(yōu)越的絕緣柵極晶體管(IGBT)也己應用于高速型及較大功率的步進電機驅動電路中。而把IGBT驅動電路及保護電路都集成在一起的智能IGBT模塊，具有結構簡單、性能穩(wěn)定及運行可靠等優(yōu)點，目前己開始應用于中、小功率的步進電機的驅動。步進電機作為數(shù)字式執(zhí)行元件，具有成本低、易控制、定位方便和步距誤差不長期累計等優(yōu)點，被廣泛應用在數(shù)控裝置、繪圖機、機械手、印刷和包裝設備等工業(yè)、軍事和醫(yī)療自動化領域中。但是步進電機在應用中存在一些制約性的因素，步進電機及其系統(tǒng)表現(xiàn)出諸如低速平穩(wěn)性差、高速快速響應能力差、效率低和能耗等。步進電機多應用于開環(huán)控制的場合，對轉子位置和角速度不做檢測，較容易在行過程中產生失步和振蕩。另外，步進電機不能簡單地直接接到普通的交直流電源運轉，它需要專門的驅動控制器，步進電機和與之配套的驅動控制器密不可分，在電機本體選定的情況下，驅動控制器的好壞很大程度上影響著整個系統(tǒng)的運行性能。通過研制高性能的步進電機驅動控制器可以大大改善步進電機的運行性能，這對提高我國在這方面的科學技術水平起到了一定的促進作用，拓寬了步進電機的應用領域。因此，研究開發(fā)出高性能的步進電機驅動控制器不僅有著重大的現(xiàn)實意義，而且具有極大的經濟價值。 步進電機概述步進電機是一種將電脈沖信號轉換為角位移或直線運動的執(zhí)行機構，由步進電機及其功率驅動裝置構成一個開環(huán)的定位運動系統(tǒng)。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(即步距角)。脈沖輸入越多，電機轉子轉過的角度就越多。輸入脈沖的頻率越高，電機的轉速就越快。因此可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的。同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度，從而達到調速的目的。步進電機種類可分為常用三大類:反應式(VR，也稱磁阻式)、永磁式(PM)、混合式(HB)。步進電機具有自身的特點，歸納起來有：。步進電機在輸入脈沖信號時，可以依輸入的脈沖數(shù)量做固定角度的旋轉而得到靈活的角度控制(位置控制)。因為速度和輸入脈沖的頻率成正比，運轉速度可在相當寬范圍內平滑調節(jié)。因為步距誤差不長期累積，可以不需要速度傳感器以及位置傳感器，就能以輸入的脈沖數(shù)量和頻率構成具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)。永磁式、混合式步進電機在停止狀態(tài)下(無脈沖信號輸入時)，仍具有勵磁保持力矩，故即使不靠機械式的剎車，也能做到停止位置的保持。步進電機在中低速時具有較大的轉矩，能夠較同級伺服電機提供更大的扭力輸出。同時，步進電機也有自己的缺點:從應用的角度來看，嚴重制約步進電機的兩個問題是失步和振蕩。由于步進電機在大多數(shù)情況下采用開環(huán)運行的方式，它的主要運行性能完全依賴于驅動器、負載和電機本身。有多種情況會產生失步，比如起動或停止頻率超過突跳頻率，電機高速運行的脈沖頻率超過了最大運行頻率，所帶負載轉矩超過了起動轉矩，共振等。通過改善驅動器的性能，可以減小運行中失步的可能。步進電機的低頻振蕩是另一個需要解決的問題。步進電機在極低頻率下做連續(xù)步進運行，即每改變一次通電狀態(tài)，轉子轉過一個步距角。如果阻尼較小，這種運動是一個衰減的振蕩過程，轉子是按自由振蕩頻率振蕩幾次才衰減到新的平衡位置而停止下來。每來一個脈沖，轉子都從新的轉矩曲線的躍變中獲得一次能量的補充，這種能量越大，振蕩越厲害。當脈沖頻率等于或者接近于電機的自由振蕩頻率時電機會出現(xiàn)嚴重的低頻共振，甚至失步導致無法工作。一般不允許在共振頻率下運行，從驅動器的方面來看，使用細分驅動技術可以有效的克服低頻共振的危害。 步進電機驅動系統(tǒng)概述步進電機的工作必須使用專用設備——步進電機驅動器。驅動器針對每一個步進脈沖，按一定的規(guī)律向電機各相繞組通電(勵磁)，以產生必要的轉矩，驅動轉子運動。步進電機、驅動器和控制器構成了不可分割的3大部分。步進電機驅動系統(tǒng)的性能除與電機自