AT89S52单片机步进电机控制系统设计+方框图+源程序(2)
现在混合式步进电机占据了最主要的市场，得到了广泛的应用。而混合式步进电机正在向小型化、电机驱动一体化发展。两相和四相步进电机由于振动和噪声较大，也逐渐在被淘汰，三相和五相步进电机结构简单、性能稳定，具有很好的优势，步进电机也正在向这方向发展。
1.2 步进电机的特点及工作原理
步进电机是一种用脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换为相应角位移的电机。因为它输入的不是直流电或交流电，而是电脉冲，所以它又被称为脉冲电动机。步进电机的机械位移和转速分别与电机绕组接收的脉冲个数和脉冲频率成正比，每一个脉冲信号使步进电机旋转一个固定的角度，脉冲的数量决定了旋转的总角度，脉冲的频率决定了步进电机运转的速度[1]。
1.2.1 步进电机的主要参数
(1)步进电机的相数：是指步进电机内部的线圈组数，一般为两相、三相和五相步进电机。
(2)步进电机的拍数：步进电机每转动一个齿距所需要的脉冲数。
(3)保持转矩：是指步进电机通电但没有运行时，定子锁住转子所需力矩。
(4)步距角：步进电机每接收到一个脉冲信号所转动的角度。
(5)定子转矩：电机在不通电时，电机转子自身锁定力矩。
(6)失步：电机没有按照理论设定的步数运行，即电机运转的步数不等于理论上的步数。
(7)失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必须存在失调角[2]。
(8)运行矩频特性：电机运行时输出力矩和频率的关系曲线。
(9)空载启动频率：即步进电机空载的情况下能正常启动的脉冲频率，如果脉冲信号的频率高于该值，电机就不能正常启动。
(10)RPM：即revolutions per minute，每分钟多少转。
(11)负载启动频率：当步进电机运行频率高过负载启动频率时会出现失步甚至停转的现象[3]。
1.2.2 步进电机的特点
(1)一般步进电机的精度为步距角的3-5%，且不累积。
(2)步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点。
(3)步进电机每次转动的角度即步距角是固定的，由它的结构决定。
(4)步进电机每接收到一个脉冲信号就会根据它的步距角转动一个固定的角度，步进电机转动的总角度和它接收到的脉冲信号数量成正比，由于步进电机的这个特性，它可以准确的定位[4]。
(5)步进电机转动的速度和加速度是有脉冲信号的频率决定的，可以通过控制脉冲信号之间的间隔来进行调速。
(6)步进电机转动的方向是由脉冲信号施加在它每一相的顺序决定的。
(7)步进电机的力矩会随着速度的升高而下降。
(8)步进电机低速转动时震动和噪声较大。
(9)步进电机动态响应快，能够很快的启停、变向和变速。
(10)步进电机低速时能够正常运转，但高于一定速度就难以启动，并会有尖啸声发出。
步进电机是一种将脉冲信号转化为角位移的电机，它不能用交流电或直流电驱动。利用单片机控制步进电机，其原理就是通过编程将单片机中的特殊寄存器TMOD设为0x01H，从而将T0设置为工作方式1的定时器，然后在T0的两个特殊寄存器TH0和TL0中写入延时常数，T0就会产生一个固定延时的脉冲，改变这个延时常数就可以改变脉冲信号的频率，从而控制步进电机的转速。图1是三相反应式步进电机结构示意图。
图1 三相反应式步进电机结构示意图
图中的步进电机定子上有6个磁极，相邻磁极之间的夹角为60°。线圈绕过相对的两个磁极，构成一相(A-A´,B-B´,C-C´)。磁极上均匀分布了5个矩形小齿，转子上均匀分布了40个小齿在其圆周，每两个小齿的齿距为360°/40=9°，定子和转子上的小齿数量不一样，这就导致了齿错位的情况，也就产生了失调角。定子和转子的小齿齿距和宽度都相同。