单片机步进电机位置控制设计+源程序+电路图(3)
1.1 国内外步进电机控制系统发展概况
1.2 本课题研究意义
由于步进电机最大的缺点莫过于容易失步，尤其是在大型负载和高速情况下。且目前大部分步进电机普遍具有能耗高，速度低，工作效率低的特点。所以被大量应用于速度与精度要求不高的数控机床加工。同时也正因为如此，在电机本体大致定型的情况下通过对于步进电机驱动控制电路的研究，解决失步问题、提高电机精度、就愈发重要。于是近年来便发展提出出了恒流斩波驱动、PWM驱动、细分驱动等技术，逐步完善了步进电机的性能。因此，通过对于步进电机驱动控制系统的研究成果的应用，提高了增强了高频输出能力、步进电机位置精度、使其在可以预见的未来里极大的拓展步进电机的应用领域。比如在制造业中为更好地生产所需要的更加精密的机械部件提供了更有力的保障。
因而在这样一个步进电机应用前景日益广泛，对步进电机性能要求越高的背景下具体地设计一个简单实用的具有一定功能的并且有一定稳定性的步进电机驱动系统，对于深入了解步进电动机，熟悉步进电动机的控制方式有莫大的帮助。同时对模拟和数字控制系统在工程中的应用能够产生深刻认识；学会一整套分析问题、解决问题的方法，并且培养出独立的工作能力和动手能力。为今后的更复杂技术要求更高的驱动控制系统的设计研发工作工作打下扎实的基础。
1.3 本文研究内容
综上所述，本文旨在设计一个针对二相步进电机的驱动控制系统。在完成控制系统所应该具备的基本功能之外，有特有的功能和特色，从软件和硬件角度优化步进电机运行稳定性。在驱动模块方面，设计采用专用的驱动控制芯片L298和L297，并将其连入52单片机，由此单片机对于步进电机的控制只需要简单的控制输出口的脉冲频率和脉冲数量即可简单而精确的控制步进电机的转速和角位移。此外接入单片机的加减速控制按钮对于步进电机速度的控制是有级的，速度覆盖范围小，所以为了让速度变化范围扩大，又独立设计了一个由555芯片组成的方波发生器，其频率由电位器可调，占空比恒定，将此多谐振荡器接入单片机后可以触发外部中断的形式，产生附加脉冲转速，填补了相邻转速之间的空档，使其转速基本连续可调。在其余硬件系统方面设计了由七段数码管构成的角位移显示模块，由若干发光二极管以及译码器构成速度档位指示。软件系统方面的特点是采用了特别的算法对于产有级转速换挡之间包括启停之间的延时，使转速不突变，这有效的防止了变速时可能的失步，使这个开环系统对于角位移有着精确的控制。此外软件系统还理所应当地与单片机和开关实现了步进电机的各种运转状态的调节，如正反转调节，半全拍运行模式调节。
2 步进电机简介
2.1 步进电机概述
步进电机又可以称作为阶跃电机或者脉冲电机。其英文可以称作Stepper motor、pulse motor等。它是步进式伺服系统的驱动元件。其控制系统结构相对文修容易、结构简单，控制方面数字化的输入指令脉冲对应着数字化的位置输出。
步进电机同样被称为脉冲电机的原因是它是一种通过电脉冲信号进行控制、最终将电脉冲信号转换成相应角位移的执行装置。对于输送给步进电机的每一个脉冲信号，它的转轴就会相应转过一个角度，这个角度称为步距角，显然其角位移的总量和脉冲数总量成正比，且其转速则与脉冲频率成正比，则调节了脉冲频率就调节了转速。当步进电机的各相绕组保持某种通电情况，则称其处在自锁状态。