单片机的步进电机控制器的设计
目录
引言 1
（一）目的和意义 2
（二）发展前景及其应用领域 2
一．步进电动机工作原理 2
（一）步进电机的简介 2
（二）步进电机运行原理 5
（三）步进电机细分工作原理 5
（四）步进电机调速原理 6
二．系统硬件设计方案 7
（一）步进电机控制器的硬件系统框图 7
（二）MSP430f149最小系统介绍 7
（三）ASSP-MMC-1控制芯片 9
(四) Nokia5110液晶显示器模块 12
（五）电源模块 13
（六）温度传感器模块 14
三．软件系统 16
（一）软件系统总体结构框图 16
（二）键盘控制模块 16
（三）液晶显示模块 18
（四）温度控制模块 19
四．系统的检查与调试 19
（一）系统硬件调试 19
（二）系统软件调试 20
（三）软件运行环境 20
（四）调试结果分析 21
总结 22
附录、附图 22
（一）系统原程序 22
P2OUT^=0X01;} 27
（二）液晶显示器模块 27
（三）电源模块PCB图 28
（四）成品显示器工作图 29
参考文献 30
致谢 31
引言
1920年英国人最早发明步进电机，晶体管的发明于20世纪50年代后期逐渐应用在步进电机上。得利于微电子技术大功率电力电子器件及驱动技术在近几年的时间里发展迅猛， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
许多发达国家都引进了混合式步进电机，这种电机相对于其他的而言性能更佳，拿二相8极50齿的电动机为例，步距角设定为1．80／0．90(即，全步／半步)。此外，还存在以五相10极50齿，以及转子100齿的二相步进与五相步进电动机，其中是最典型的机型，能够应付许多运行性能要求高的情况[1]。
我国关注步进电动机较晚，从1958年才开始对它的研究工作。在70年代以前，因国情问题，我国的研究主要是依据苏联的研究成果而开展工作，那时主要使用三相磁阻式步进电动机，甚至在许多地方仍然在使用这种机型进行生产工作，比如BFl840-75，这种机型是60年代末期为了配合快走丝数控线切割机床进行生产，我国专门开发研制的机型。到了70年代末期，数控机床的研发与推广被提上日程，而日本早已建立完善的数控机床系统，受其影响，便开始发展磁阻式步进电动机的系列产品。
像定子10极、转子50齿的五相混合式步进电动机，它是我国自1987年开始依据国外产品为典型自行研发的，还有一些与国外产品不同的我国自主研发的机型，如定子8极、转子60齿的二相和四相混合式步进电动机。80年代我国的步进电机行业得到很大发展，许多自主研发的机型齐头并进，构成了步进电机种类多样化的新格局。
在80年代后期，廉价的微型计算机功能出现个样化，步进电动机的控制方式也开始变的更加多样。原来的步进电机控制系统采用的分立原件。或者是集成电路组成控制回路，但是这些有一个严重的弊端，那就是步进调试安装环节复杂导示整个过程会有大量元器件的消耗，并且在产品定型之后，必须要重新设计电路才能改变控制方案，这样步骤繁琐，会降低整个工作效率。然而计算机控制技术的开发就完全解决了这个问题，通过软件控制，人工就能够直接在计算机前操控步进电动机，既节省人工耗费，用能够最大限度挖掘电动机的潜力。所以说，在信息技术高度发达的时代，计算机控制意境能够完全取代传统的控制方式[2]。
众所周知，在农业、工业生产以及如常生活中，都离不开电动机。而步进电动机，是在各个领域中应用最广泛的一种。
（一）目的和意义
经过几十年的发展步进电机已经成为应用范围最大的第三类电动机。步进电动机的应用具有举足轻重的，不仅在开环高分辨的定位系统中独一无二，而且在功率很小的系统中，还没有发现一种机型能够取代步进电动机。
如果将步进电机作为一种特种电机专门用来控制的话，那么它的优势就能够凸显出来，它的结构简单明了，人工很容易操作，并且重要的是，随着电压的温度的变化，步距值不会变化，还不会长期累积误差，这些优点在实际应用的过程中都很便利。由于步进电机应用领域较广，涉及一些消费商品、工业领域以及医疗领域，所以说研究怎样提高控制的精准度、怎样测量以及怎样能够有效节约资源能够在各个领域产生至关重要的影响。
（二）发展前景及其应用领域
在未来的研究工作中，步进电动机毫无疑问将会成为主要研究对象。首先，会向着电机与驱动能够实现一体化的方向而努力。实现了电机与驱动的一体化，就能够实现步进电机体积的缩减和性能的优化，更加方便生产与生活，例如可以在家庭机器人和智能化电器商品中大批量使用，使生活更加便捷。其次，还可以用在一些大功率的步进电机上，吸取一些BIDCM（稀土永磁无刷直流电动机）中的交流伺服电动机系统中控制技术的优势，再结合之前的一些电动机自身的优势，开发出了一种新的“伺服步进电动机”。之前的电动机在低频率情况下会震荡，而在高频率情况下过载能力又小，快速性动力不足，总体效率低下。然而这种新开发的电动机克服了这些缺点，所以在许多领域的应用范围更加广阔，如现代军事领域、机械加工领域以及航空航天等领域[3]。
一．步进电动机工作原理
（一）步进电机的简介
1.1步进电机分类
步进电机从构造主要有三种分类：
1. 磁阻式步进电动机。磁阻式步进电动机也称为反应式步进电动机。转子上无任何绕组，转子圆周外表面均匀分布若干齿和槽。定子上均匀分布若干个大磁极，每个大磁极上有数个齿和槽。此外还有多段式径向磁路和多段式轴向磁路两种结构，磁阻式步进电动机相数一般为三相、四相、五相、六相。
2. 永磁式步进电动机。即转子或者定子任意一方具有永磁材料的步进电机。其没有永磁材料的一方具有励磁绕组。绕组通上励磁电流后建立的磁场与永磁材料的恒定磁场互相作用产生电磁转矩。励磁绕组一般为二相或四相。
3. 感应子式（混合式）步进电动机。定子和四相的磁阻式步进电动机没有任何区别。只是用桥式电路为有一相绕组或二相绕组的电极充电。转子上有一个圆柱形磁钢，充磁时以轴向来区分，放置的方法是与有齿软材料导磁体按圆周方向旋转过半个齿距。当为其中一相通上励磁电流时，这一端的磁通就会增强，而另一端就会明显减弱。这种情况在异性磁极条件下也会发生，一端的增强会使另一端明显减弱。这种混合式电动机，既容纳了磁阻式步进电动机的优势，又涵盖永磁式步进电动机的优点，步距小、频率高并且运行时小号的功率也小。
引言 1
（一）目的和意义 2
（二）发展前景及其应用领域 2
一．步进电动机工作原理 2
（一）步进电机的简介 2
（二）步进电机运行原理 5
（三）步进电机细分工作原理 5
（四）步进电机调速原理 6
二．系统硬件设计方案 7
（一）步进电机控制器的硬件系统框图 7
（二）MSP430f149最小系统介绍 7
（三）ASSP-MMC-1控制芯片 9
(四) Nokia5110液晶显示器模块 12
（五）电源模块 13
（六）温度传感器模块 14
三．软件系统 16
（一）软件系统总体结构框图 16
（二）键盘控制模块 16
（三）液晶显示模块 18
（四）温度控制模块 19
四．系统的检查与调试 19
（一）系统硬件调试 19
（二）系统软件调试 20
（三）软件运行环境 20
（四）调试结果分析 21
总结 22
附录、附图 22
（一）系统原程序 22
P2OUT^=0X01;} 27
（二）液晶显示器模块 27
（三）电源模块PCB图 28
（四）成品显示器工作图 29
参考文献 30
致谢 31
引言
1920年英国人最早发明步进电机，晶体管的发明于20世纪50年代后期逐渐应用在步进电机上。得利于微电子技术大功率电力电子器件及驱动技术在近几年的时间里发展迅猛， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
许多发达国家都引进了混合式步进电机，这种电机相对于其他的而言性能更佳，拿二相8极50齿的电动机为例，步距角设定为1．80／0．90(即，全步／半步)。此外，还存在以五相10极50齿，以及转子100齿的二相步进与五相步进电动机，其中是最典型的机型，能够应付许多运行性能要求高的情况[1]。
我国关注步进电动机较晚，从1958年才开始对它的研究工作。在70年代以前，因国情问题，我国的研究主要是依据苏联的研究成果而开展工作，那时主要使用三相磁阻式步进电动机，甚至在许多地方仍然在使用这种机型进行生产工作，比如BFl840-75，这种机型是60年代末期为了配合快走丝数控线切割机床进行生产，我国专门开发研制的机型。到了70年代末期，数控机床的研发与推广被提上日程，而日本早已建立完善的数控机床系统，受其影响，便开始发展磁阻式步进电动机的系列产品。
像定子10极、转子50齿的五相混合式步进电动机，它是我国自1987年开始依据国外产品为典型自行研发的，还有一些与国外产品不同的我国自主研发的机型，如定子8极、转子60齿的二相和四相混合式步进电动机。80年代我国的步进电机行业得到很大发展，许多自主研发的机型齐头并进，构成了步进电机种类多样化的新格局。
在80年代后期，廉价的微型计算机功能出现个样化，步进电动机的控制方式也开始变的更加多样。原来的步进电机控制系统采用的分立原件。或者是集成电路组成控制回路，但是这些有一个严重的弊端，那就是步进调试安装环节复杂导示整个过程会有大量元器件的消耗，并且在产品定型之后，必须要重新设计电路才能改变控制方案，这样步骤繁琐，会降低整个工作效率。然而计算机控制技术的开发就完全解决了这个问题，通过软件控制，人工就能够直接在计算机前操控步进电动机，既节省人工耗费，用能够最大限度挖掘电动机的潜力。所以说，在信息技术高度发达的时代，计算机控制意境能够完全取代传统的控制方式[2]。
众所周知，在农业、工业生产以及如常生活中，都离不开电动机。而步进电动机，是在各个领域中应用最广泛的一种。
（一）目的和意义
经过几十年的发展步进电机已经成为应用范围最大的第三类电动机。步进电动机的应用具有举足轻重的，不仅在开环高分辨的定位系统中独一无二，而且在功率很小的系统中，还没有发现一种机型能够取代步进电动机。
如果将步进电机作为一种特种电机专门用来控制的话，那么它的优势就能够凸显出来，它的结构简单明了，人工很容易操作，并且重要的是，随着电压的温度的变化，步距值不会变化，还不会长期累积误差，这些优点在实际应用的过程中都很便利。由于步进电机应用领域较广，涉及一些消费商品、工业领域以及医疗领域，所以说研究怎样提高控制的精准度、怎样测量以及怎样能够有效节约资源能够在各个领域产生至关重要的影响。
（二）发展前景及其应用领域
在未来的研究工作中，步进电动机毫无疑问将会成为主要研究对象。首先，会向着电机与驱动能够实现一体化的方向而努力。实现了电机与驱动的一体化，就能够实现步进电机体积的缩减和性能的优化，更加方便生产与生活，例如可以在家庭机器人和智能化电器商品中大批量使用，使生活更加便捷。其次，还可以用在一些大功率的步进电机上，吸取一些BIDCM（稀土永磁无刷直流电动机）中的交流伺服电动机系统中控制技术的优势，再结合之前的一些电动机自身的优势，开发出了一种新的“伺服步进电动机”。之前的电动机在低频率情况下会震荡，而在高频率情况下过载能力又小，快速性动力不足，总体效率低下。然而这种新开发的电动机克服了这些缺点，所以在许多领域的应用范围更加广阔，如现代军事领域、机械加工领域以及航空航天等领域[3]。
一．步进电动机工作原理
（一）步进电机的简介
1.1步进电机分类
步进电机从构造主要有三种分类：
1. 磁阻式步进电动机。磁阻式步进电动机也称为反应式步进电动机。转子上无任何绕组，转子圆周外表面均匀分布若干齿和槽。定子上均匀分布若干个大磁极，每个大磁极上有数个齿和槽。此外还有多段式径向磁路和多段式轴向磁路两种结构，磁阻式步进电动机相数一般为三相、四相、五相、六相。
2. 永磁式步进电动机。即转子或者定子任意一方具有永磁材料的步进电机。其没有永磁材料的一方具有励磁绕组。绕组通上励磁电流后建立的磁场与永磁材料的恒定磁场互相作用产生电磁转矩。励磁绕组一般为二相或四相。
3. 感应子式（混合式）步进电动机。定子和四相的磁阻式步进电动机没有任何区别。只是用桥式电路为有一相绕组或二相绕组的电极充电。转子上有一个圆柱形磁钢，充磁时以轴向来区分，放置的方法是与有齿软材料导磁体按圆周方向旋转过半个齿距。当为其中一相通上励磁电流时，这一端的磁通就会增强，而另一端就会明显减弱。这种情况在异性磁极条件下也会发生，一端的增强会使另一端明显减弱。这种混合式电动机，既容纳了磁阻式步进电动机的优势，又涵盖永磁式步进电动机的优点，步距小、频率高并且运行时小号的功率也小。
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