【文章內容簡介】 用轉子和定子之間的吸引和排斥力產生轉動，它的出力大，動態(tài)性能好，但步距角一般比較大。一般為兩相，轉矩和體積較小， 或15度。混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相： 。這種步進電機的應用最為廣泛，它是PM和VR的復合產品，其轉子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結構。此類電機綜合了反應式和永磁式兩者的優(yōu)點，步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是性能較好的一類步進電動機，在計算機相關的設備中多用此類電機。 （2）步進電機的選擇步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 1）步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。（五相電機）、（二、四相電機）、（三相電機）等。 2）靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的23倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。 3)電流的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源、及驅動電壓）。 4)力矩與功率換算 步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： P= ΩM Ω=2πn/60 P=2πnM/60 （1） 其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉速，M為力矩單位為牛頓米 P=2πfM/400(半步工作） （2） 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS） 步進電機驅動系統(tǒng)介紹 步進電機驅動系統(tǒng)簡介 步進電機不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設備——，除與電機本身的性能有關外，也在很大程度上取決于驅動器的優(yōu)劣。典型的步進電機驅動系統(tǒng)是由步進電機控制器、步進電機驅動器和步進電機本體三部分組成。步進電機控制器發(fā)出步進脈沖和方向信號，每發(fā)一個脈沖，步進電機驅動器驅動步進電機轉子旋轉一個步距角，即步進一步。步進電機轉速的高低、升速或降速、啟動，停止都完全取決于脈沖的有無或頻率的高低?？刂破鞯姆较蛐盘枦Q定步進電機的順時針或逆時針旋轉。通常，步進電機驅動器由邏輯控制電路、功率驅動電路、保護電路和電源組成。步進電機驅動器一旦接收到來自控制器的方向信號和步進脈沖，控制電路就按預先設定的電機通電方式產生步進電機各相勵磁繞組導通或截止信號?？刂齐娐份敵龅男盘柟β屎艿?，不能提供步進電機所需的輸出功率，必須進行功率放大，這就是步進電機驅動器的功率驅動部分。功率驅動電路向步進電機控制繞組輸入電流，使其勵磁形成空間旋轉磁場，驅動轉子運動。保護電路在出現(xiàn)短路、過載、過熱等故障時迅速停止驅動器和電機的運行。 步進電機繞組的電氣特性 步進電機各相繞組都是在鐵心上的銅線圈，電阻和電感是電機相繞組的兩個固有屬性，電機的性能和這兩個因素密切相關。繞組通電時，電感使繞組電流上升速度受到限制，因此影響電機繞組電流的大小。繞組線圈的電阻是電機溫升和電能損耗的主要因素。步進電機的相繞組可以等效為一個電感一電阻串聯(lián)電路。在 t=0時刻，電壓V施加到該電路上時，電路中的電流變化規(guī)律為: I(t)=V(1eRt/L)/R （3） 通電瞬間繞組電流上升速率為: di(0)/dt=V/t （4） 經過一段時間，電流達到最大值: Imax=V/R（5） L/R定義為該電路的時間常數(shù)，是電路中的電流達到最大電流Imax的63%所需要的時間。在 t=t:時刻，電路斷開與直流電壓源V的連接，并且短路，電路中的電流以初始速率一V/L開始下降，電流變化規(guī)律為: I(t)=VeR(tt1)/L/R (6) 不同頻率的矩形波電壓施加到該電路上，電流波形如圖4所示。低頻時電流能夠達到最大值(a)。當矩形波頻率上升達到某一臨界頻率，電流剛達到最大值就開始下降((b):矩形波頻率超過此臨界值后，繞組中的電流不能達到最大值 (c)。因為步進電機轉矩的大小與繞組的電流成正比，所以電機低速運行時，電機能夠達到其額定轉矩，而在某一特定頻率以上運行時，繞組電流隨著頻率的提高逐漸下降，電機轉矩也相應逐漸減小，從而降低了高速運轉時帶負載能力。不同頻率脈沖作用下電感電阻電路的電流波形 要改善電機高速運行時的性能，有兩種辦法:提高電流上升速度 VA 和減小時間常數(shù) L/R?？梢酝ㄟ^加大繞組的電壓從而增加電流上升的速率得時間常數(shù)?；蛘咴陔娐分写?lián)電阻，使L/R減少。 單片機原理 單片機（singlechip microputer）是把微型計算機主要部分都集成在一塊芯片上的單芯片微型計算機。圖5中表示單片機的典型結構圖。由于單片機的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內的信號傳送距離，優(yōu)化了結構配置，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性及運行速度，同時它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制的要求，所以單片機在工業(yè)過程及設備控制中得到了廣泛的應用。 數(shù)據(jù)存儲器時鐘CPU程序存儲器輸入輸出接口定時計數(shù)器 圖6典型單片機結構圖 單片機在進行實時控制和實時數(shù)據(jù)處理時，需要與外界交換信息。人們需要通過人機對話，了解系統(tǒng)的工作情況和進行控制。單片機芯片與其它CPU比較，功能雖然要強得多，但由于芯片結構、引腳數(shù)目的限制，片內ROM、RAM、I/O口等不能很多，在構成實際的應用系統(tǒng)時需要加以擴展，以適應不同的工作情況。單片機應用系統(tǒng)的構成基本上如圖6所示。
EPROMRAMROMRAMI/O擴展步進電機 圖7單片機的應用系統(tǒng) 單片機應用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置的狀況，可以分為最小應用系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)、典型應用系統(tǒng)。本設計是設計一款最小應用系統(tǒng)，最小應用系統(tǒng)是指能維持單片機運行的最簡單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉、結構簡單，常用來構成簡單的控制系統(tǒng)，如開關量的輸入/輸出控制、時序控制等。對于片內有ROM/EPROM的芯片來說,最小應用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器、復位電路和電源的單個芯片；對與片內沒有ROM/EPROM芯片來說，其最小應用系統(tǒng)除了應配置上述的晶振、復位電路和電源外，還應配備EPROM或EEPROM作為程序存儲器使用。 AT89C51簡介 AT89C51含E2PROM電可編閃速存儲器。有兩級或三級程序存儲器保密系統(tǒng)，防止E2PROM中的程序被非法復制。不用紫外線擦除，提高了編程效率。程序存儲器E2PROM容量可達20K字節(jié)。 AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能