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摘 要

步进电动机也可称为脉冲电动机，每接受一次脉冲冲激，电机转子便转动一步。由于步进电机在开环低速运动控制场合容易产生失步并存在低频振荡现象，而且对于传统的步进电机来说，步距角一般都比较大，导致其运行精度不够，很难在那些对精度要求较高的场合里被应用到。

本篇文章以单片机AT89C51作为控制中心，在详细分析和掌握细分驱动技术的原理之后，设计出了一个步进电机细分驱动控制系统，对步进电机的结构进行合理的改造。通过控制流过转子各相绕组中的电流呈阶梯状一步步的变化，来实现步进电机按预定的细分步距大小运行旋转，提高步进电机的运行精度。

本设计以单片机为核心，两相混合式步进电机位控制对象。L297芯片是用于步进电机的特殊控制器，其内部包含斩波电路。L298芯片是常用双H桥电机驱动器。单片机向L297提供时钟频率，并经过数模转换向L297提供参考电压。L297经过斩波电路获得驱动步进电机的电流，L298接收到来自L297的驱动电平后，驱动步进电机运行。

整个系统设计，在PROTEUS上连接系统硬件电路，在KEIL上编写语言程序，两者结合起来实现系统的运行仿真。得出的结果与理论分析一致，证明此细分驱动控制系统设计方案正确可行。

关键词：单片机；步进电机；斩波恒流；细分驱动；PROTEUS

ABSTRACT

The stepper motor can also be called a pulse motor. Each time a pulse impulse is received, the motor rotor rotates one step. Stepper motors are prone to out-of-step and low-frequency oscillations in open-loop low-speed motion control. For traditional stepper motors, the step angle is generally large, resulting in insufficient running accuracy. It is used in the occasions with higher precision requirements.

This article uses the single-chip microcomputer AT89C51 as the control center. After detailed analysis and mastering the principle of subdivision drive technology, a stepper motor subdivision drive control system is designed to rationally reform the structure of the stepper motor. By controlling the current flowing in each phase winding of the rotor to change step by step, the stepping motor can be rotated according to the predetermined subdivided step size, and the operation accuracy of the stepper motor can be improved.

This design takes the single-chip microcomputer as the core, two-phase hybrid stepper motor position control object. The L297 chip is a special controller for stepper motors, which contains a chopper circuit. The L298 chip is a commonly used dual H-bridge motor driver. The single chip microcomputer provides the clock frequency to L297, and provides the reference voltage to L297 through digital-to-analog conversion. L297 obtains the current for driving the stepper motor through the chopper circuit. After L298 receives the drive level from L297, it drives the stepper motor to run.

The whole system design, connect the system hardware circuit on PROTEUS, write the language program on KEIL, the two combine to realize the operation simulation of the system. The results obtained are consistent with the theoretical analysis, proving that the design scheme of this subdivision drive control system is correct and feasible.

Key words: Single chip microcomputer; stepper motor; chopping constant current; subdivision drive; PROTEUS

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1 步进电机概述 1

1.2 细分驱动概述 1

第2章 系统设计方案 3

2.1 步进电机细分驱动原理分析 3

2.2 设计方案 4

第3章 系统结构与硬件设计 6

3.1 硬件系统框图 6

3.2 硬件电路设计 6

3.2.1 各芯片介绍 6

3.2.2 各部分硬件电路设计 15

3.2.3 总体步进电机细分驱动电路 17

第4章 系统算法与软件实现 19

4.1 程序设计流程图 19

4.1.1 主控程序设计 19

4.1.2 细分驱动程序设计 20

第5章 实验与结果分析 26

第6章 结束语 31

参考文献 32

附录 33

致谢 39

第1章 绪论

1.1 步进电机概述

步进电机在日常工业生产或实验中是一种非常常用的执行器件，具有价格低廉、控制简单灵活的特点。步进电机自身特点总的来说有以下5点：

1. 脉冲数和脉冲频率决定位置和速度，控制简便。
2. 步距误差不长期累积，开环控制方便可行。
3. 稳定性和可靠性较高。
4. 励磁保持力矩，停止位置可保持。
5. 转速较低时可以有大的转矩，能提供大扭矩输出。

同时在运行控制过程中，步进电机不需要以位置传感器作为反馈元件。正是因为这些突出优势，使得控制系统的设计难度被很大程度降低，也因此步进电机应用得十分广泛。步进电机在日常生产工业制造中尤其常见，许多机械制造都离不开步进电机。近年来由于电子信息、微机等前沿领域技术迅猛提升，步进电机也紧随潮流变得更加重要，已经成为了机电一体化领域的一个关键制造品。就目前来说，在我们生产生活的许多方面步进电机都发挥着重要的作用。

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