基于51系列单片机控制步进电机调速闭环系统设计

一、步进电机
1.1步进电机的工作原理
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行机构。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
1.2步进电机的特点
本实验所用的步进电机为感应子式步进电机（型号为42BYG016）。感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。
感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相八拍运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C=

1）脉冲信号的产生
脉冲信号由单片机AT89S52的I/O口产生，一般的脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。本实验采用的占空比为0.5。
2）信号分配
感应子式不仅以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍两种，具体分配如下：二相四拍为

4）功率放大细分驱动器
在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。


二、驱动器
由于单片机的I/O不具有直接驱动步进电机的能力，故在本系统中需要步进电机驱动器，我们选择驱动器为KD-221，该驱动器具有输入电压范围广，控制信号输入方式多样等特点。其具体接法如下：
2.1、电源接线：
①、E高：当驱动电压大于10V时，正极接此座，使用时最大不能大于40V，以防损坏模块。
②、E低：当驱动电压小于10V时，正极接此座。
③、地：驱动电压E高、E低的的负极接此座。
④、A,:接电机A相线圈的二根引线。
⑤、B,:接电机B相线圈的二根引线。
2.2、控制信号接线：
①、CP:接控制器发给步进电机的走步脉冲信号线。
②、CW:接控制器发给步进电机的走步方向信号线。
③、VP:接CP和CW信号的负极，即逻辑电路电源的负极。
④、本驱动器内部设计接收信号为RTTL电平，即5V电平，如其它逻辑电平信号需要接限流电阻，否则可能损坏光耦元件。
三、光电开关
本系统中所用传感器为EE-EX672关电开关，该传感器为开关型传感器，四个接线脚分别为“+，L,OUT,-”其输入电压范围广为直流5-24V,L为控制指示端，当“L”与“+”相连时，传感器未检测到物体时LED灯发光，当“L”悬空时则相反，其特点为:
1.动作模式备有遮光时ON/入光时ON(可切换型)
2.应答频率为1KHZ的高速响应
3.入光显示灯明显,容易进行动作确认.
4.电源电压为DC-24V的广范围
5.备有遮光时入光显示灯灯亮型