高低压恒流斩波步进电机驱动设计

目 录

第1章 绪论... 1

1.1 引言... 1

1.2 研究背景和意义... 2

1.2.1 课题背景... 2

1.2.2 主题及意义... 3

1.3 研究现状... 3

1.3 研究内容... 6

2 系统整体设计... 7

2.1 系统总体设计... 7

2.2 器件选型... 8

2.2.1 单片机... 8

2.2.2 大功率开关管... 12

2.2.3 显示模块... 12

2.2.4 光栅位移传感器... 13

3 系统硬件设计... 14

3.1 单片机外围电路... 14

3.1.1 时钟电路... 14

3.1.2 复位电路... 14

3.2 键盘电路... 15

3.3 驱动电路... 16

3.4 显示电路... 17

3.5 光栅尺信号处理电路... 17

4 系统软件设计... 19

4.1 编程语言选择... 19

4.二 程序开发环境... 19

4.3 系统主程序设计... 20

4.3.1 单片机主程序... 20

4.3.2 按键和中断程序设计... 20

4.3.3 显示程序... 21

4.3.4 PID控制算法... 23

5 系统测试... 25

5.1 系统调试... 25

5.2 硬件调试... 25

6 总结... 27

参考文献... 28

致谢... 30

第1章 绪论

1.1 引言

步进电机是将电脉冲信号转换为角位移或直线位移的执行元件[1]。其角位移或线位移与输入的脉冲数成比例，速度与脉冲频率成比例。方向取决于步进电机各相绕组添加脉冲的顺序。因此，步进电机可以作为数字控制系统中的数字模拟转换元件，也可以作为驱动电机驱动机械结构或其他负载装置产生一定的位移或速度。由于步进电机的位移与输入的脉冲数严格成正比，步距误差不会长期积累，因此无需配备位置传感器或速度传感器即可轻松实现更准确的位置控制和速度控制。因为它是直接的开环控制，所以整个系统简单而便宜。步进电机起动、停止、正反转、变速易于控制，响应性好。此外，步进电机无刷，电机本体部件少，可靠性高，使用寿命长。因此，步进电机具有许多优点，广泛应用于雕刻机、印刷机、印刷机、印刷机、印刷机、印刷机ATM机器、坐标测量仪器、医疗设备、机器人、数控机床、舞台照明、票据打印机POS 机械等行业涉及电子、电信、仪器、机械、冶金、纺织、轻工、办公自动化设备、医疗航天、武器、国防工业等领域。

事实上，步进电机仍有一些缺点，有时会限制其应用：

（1）由于步进电机需要添加电脉冲信号才能运行，步进电机不能直接由普通交流或直流电源驱动，而必须使用步进电机驱动器。

（2）当速度上升时，步进电机的输出扭矩下降，因此步进电机的惯性负载能力相对较差。

(3)步进电机失步和低频共振，运行时电磁噪声较大，使步进电机的升降速度方法根据不同的使用状态而复杂化。

本质上，步进电机的运行性能不仅与步进电机本身的性能有关，而且在很大程度上取决于驱动技术，因为不同的驱动方法对步进电机的性能有很大的影响。性能优异的步进电机驱动能满足步进电机相数、通电方式和电压电流的要求；满足步进电机启动频率和运行频率的要求；能有效抑制或消除步进电机的低频振荡；可靠性高、抗干扰能力强、成本低、安装维护方便�