基于单片机的步进电机细分驱动器的设计开题报告

全文总字数：2922字

1. 研究目的与意义（文献综述）

目的：步进电机作为一种常用的执行器件，具有价格低廉、控制简单的特点。

同时在控制过程中，步进电机由于不需要位置传感器作为反馈元件，大大降低了控制系统的设计难度，因此被广泛应用在各种自动控制场合。但是步进电机在开环低速运动控制场合产生失步并存在低频振荡现象。同时，由于步距角一般较大，使得步进电机很难被应用到精度要求较高的场合。从简单的单电压驱动开始，经过大量科研人员长时间的研究，步进电机的驱动方式已经进行了多次的演变。在传统的驱动方式下，步进电机只能以整步距角或半步距角运行。要想进一步提高步进电机运行精度，只能对其结构进行改进。这次设计的目的就是采用较高精度的单片机，结合硬件电路以及软件设计等重要部分，来控制步进电机实现细分驱动。

意义：步进电机的细分控制, 从本质上讲是一种电子阻尼技术, 在每次输入脉冲时, 不是将绕组电流全部通入或切除, 而是只改变相应绕组中额定的一部分, 则电机转子的每步运动也只有步距角的一部分, 从而调整步进电机步距角的大小, 即把原来的一个整步步距角细分成若干步来完成, 实现步进电机步距角的细分。细分驱动控制下的步进电机通过控制各相绕组中的电流,使它们按一定的规律上升或下降，即在零电流到最大电流之间形成多个稳定的中间电流状态，相应的合成磁场矢量的方向也将存在多个稳定的中间状态，且按细分步距旋转。其中合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小，合成磁场矢量的方向决定了细分后步距角的大小。理论上可以运行在任何精度下，提高步进电机的运动分辨率，同时可以具有更高的定位精度，更小的低速振动和更大的扭矩输出。用单片机控制的步进电机细分驱动电路不仅减小了控制系统的体积、简化了电路，同时进一步提高了细分精度和控制系统的智能化。因为有这些突出的优点，使得细分驱动控制的步进电机在各行业中得到广泛应用。国内步进电机细分驱动技术在九十年代中期以来得到了较大发展，目前主要应用在工业、航天、机器人、精密测量等领域，如数控机床、跟踪卫星用光电经纬仪中采用了步进电机细分驱动技术，大大提高了控制与测量精度。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容及目标：阅读学习关于步进电机的内容，对步进电机细分驱动原理进行详细分析。选择以at89c52高性能单片机为基础主控制器设计硬件电路，包括数模转换器、脉冲分配器、光电耦合电路和功率放大电路等重要部分。采用c语言编写控制程序，导入到单片机中。硬件电路和软件程序结合，实现基于单片机的步进电机细分驱动。

技术方案及措施：详细分析步进电机的基本构造和工作原理，设计实现步进电机细分控制的硬件电路，编写软件程序。在硬件电路设计上，选择性价比高、稳定性好的at89c52单片机作为主控制器。单片机产生数字脉冲，通过d/a数模转换器将数字信号转换为电压信号，电压传输到脉冲分配器进行细分，且通过逻辑运算输出pwm波，经过功率放大电路放大后可驱动步进电机。最后通过编码器采集数据，液晶显示来说明步进电机的运转情况。步进电机细分驱动控制设计系统硬件框图如下所示：

3. 研究计划与安排

（1）第1周~第2周：大量查找阅读与毕设课题相关的中外文献资料，包括论文、报纸、文章和书籍等，完成不少于20000字符的外文资料翻译，并且扼要的记录一下读过的每篇文章的要点，了解应该如何做，为后面打基础。

（2）第3周~第4周：了解步进电机细分驱动的基本组成和工作原理，结合收集的资料和掌握的知识先完成开题报告草稿，交给导师检查审核，待无误后再提交教务处。

（3）第5周~第13周：详细分析基于单片机的步进电机细分驱动的工作原理及实现方法，以at89c52单片机作为主控制器设计硬件电路，包括数模转换、脉冲分配、光电耦合和功率放大等模块；完成系统软件设计，包括启停、检测、速度位置控制等模块设计，并进行调试和编译。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]广西科技大学，余逸风《二相混合式步进电机细分控制技术研究及驱动器的设计》

[2]武汉理工大学，熊晶晶《基于dsp的三相混合式步进电机驱动器的研究与实现》

[3]杭州电子科技大学，李国杰《混合式步进电机静音细分驱动器及其应用》