基于单片机的步进电机电路控制设计

淮阴工学院毕业设计说明书（论文）

12脚(Vcc)——+5V电源输入端。

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13脚(SENS2)——C相、D相绕组电流检测电压反馈输入端。 14脚(SENS1)——A相、B相绕组电流检测电压反馈输入端。

15脚(Vref )——斩波器基准电压输入端。加到此引脚的电压决定绕组电流的峰值。

16脚(OSC)——斩波器频率输入端。一个RC网络接至此引角以决定斩波器频率，在多个L297同步工作时其中一个接到RC网络，其余的此引角接地。 17脚(CW/CCW)—方向控制端。步进电机实际旋转方向由绕组的连接方法决定。当改变此引脚 的电平状态时，步进电机反向旋转。

18脚(CLOCK)——步进时钟输入端。该引脚输入负脉冲时步进电机向前步进一个增量，该步进是在信号 的上升沿产生。

19脚(HALF/FULL)——半步、全步方式 选择端。此引脚输入高电平时为半步方式(四相八拍)，低电平时为全步方式。如选择全步方式时变换器在奇数状态，会得到单相工作方式(单四拍)。

20脚(RESET)——复位输入端。此引脚输入负脉冲时，变换器恢复初始状态 (ABCD=0101)。

L297能产生单四拍、双四拍和四相八拍工作所需的适当相序。3种方式的驱动相序都可以很容易地根据变换器输出的格雷码的顺序产生，格雷码的顺序直接与四八拍(半步方式)相符合 ，只要在脚19输入一高电平即可得到。

L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯

片( Dual Full-Bridge Driver ) ，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号，但在本驱动电路中用L297 来提供时序信号，节省了单片机IO 端口的使用。Pin1 和Pin15 可与电流侦测用电阻连 接来控制负载的电路； OUTl、OUT2 和OUT3、OUT4 之间分别接2 个步进电机；input1~input4 输入控制电位来控制电机的正反转；Enable 则控制电机停转。

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图

2-5 L298引脚图

2.23LCD1602介绍

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。n1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。 目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。

图2-6 LCD1602引脚图

1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：VSS为电源地

第2脚：VDD接5V电源正极

第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

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第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。

第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。 3.24四相步进电机

混合式步进电机是最常用的步进电机，本实验用到的也是四相混合式步进电机，以下介绍四相步进电机及其工作原理。

图 2-7 步进电机内部构造

开始时，开关SB接通，SA、SC、SD断开，B相和0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当SC接通，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿， 0、3号齿和A、B相绕组产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。如果按照相反的方向来发送脉冲，则步进电机的转动方向正好相反[2]。

单四拍、双四拍和八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2-8a、b、c所示：

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图2-8 步进电机工作时序波形图

力矩：

电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力

F与（dФ/dθ）成正比 其磁通量Ф=Br*S

Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比

L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=N·I/R

N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径

力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比（只考虑线性状态）

因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。这次选用的的步进电机的牵入转矩>40mN，自定位转矩>34mN[3]。