论文总字数：19642字

摘 要

步进电机是一种步进式转动的控制用电机。因其在速度控制及位移量控制上的优势，电机的使用量逐年增加。尤其是它在定位场合被广泛应用，使之成为工业发展不可或缺的一大要素。

本论文首先介绍了步进电机的发展现状和趋势，然后重点分析了四相步进电机的工作原理和三种不同的工作方式的优缺点，同时还介绍了所选DSP芯片的主要模块功能特点，最后完成了设计实现步进电机控制系统，画出了主要程序流程图，并给出了主要代码及程序的解释。

本论文所设计的系统已进行了实验测试，文中给出了时序波形图并对其进行了对比和分析。实验结果表明，通过在芯片配套软件开发环境CCS5.3下c语言的编程，本次设计成功地实现了步进电机分别在三种不同工作方式下的稳定控制，满足了现代工业生产中对于高精度的应用需求。

关键词：永磁式步进电机 TMS320F2812 单四拍 双四拍 八拍

Control System of Stepping Motor Based on TMS320F2812

Abstract

The stepping motor is a step by step control motor. Because of the advantages of stepping motor in speed control and displacement control, the amount of motor use increases year by year. In particular, it is widely used in the positioning occasions, making it an indispensable element of industrial development..

This paper first introduces the development of the stepping motor. Then the working principle of four phase stepping motor and three different working methods are emphatically analyzed. In addition, the function and features of the main modules of the selected DSP chip are also introduced. At last, the design of the stepping motor control system is realized. The main program flow chart is drawn and the main program and the each module subroutine are explained.

In this paper, the design of the stepping motor control system has been tested through experiments. This paper gives the results of the test and analyzes the waveforms. Experimental results show that by programming language c under the chip supporting software development environment CCS5.3，this design successfully achieve the single four step , double four step and eight step, which meets the high precision application.

Keywords: Permanent magnet stepping motor; TMS320F2812; Single four step; Double four step; Eight step

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题来源及研究内容 1

1.2 国内外的发展及研究现状 1

第二章 步进电机控制系统设计 3

2.1 步进电机概述 3

2.1.1 步进电机的特点 3

2.1.2 步进电机的分类 4

2.2 步进电机的工作原理 4

2.3 步进电机的工作方式 5

2.3.1 单四拍 5

2.3.2 双四拍 6

2.3.3 八拍 6

第三章 步进电机控制系统硬件部分 8

3.1 DSP控制芯片TMS320F2812介绍 8

3.1.1 CPU定时器部分 9

3.1.2 外设中断扩展（PIE）部分 9

3.1.3 通用输入/输出（GPIO）部分 10

3.2 步进电机驱动电路 10

3.2.1 ULN2003驱动芯片介绍 10

3.2.2 ULN2003驱动板原理图 10

3.3 28BYJ-48步进电机介绍 11

3.4 步进电机控制系统开发平台 12

第四章 步进电机控制系统软件部分 14

4.1 CCS5.3开发软件 14

4.2 C语言编程介绍 15

4.3 电机控制主程序设计 15

4.4电机控制子程序各模块设计 17

4.4.1 单四拍脉冲输出程序 17

4.4.2双四拍脉冲输出程序 19

4.4.3八拍脉冲输出程序 19

第五章 系统仿真实验及性能分析 22

5.1 单四拍PWM波形及分析 22

5.2 双四拍PWM波形及分析 23

5.3 八拍PWM波形及分析 24

第六章 总结和展望 27

6.1 总结评价 27

6.2 展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第一章 绪论

1.1课题来源及研究内容

步进电动机受电脉冲信号的控制，通过电脉冲信号可以控制它的步数和转速等。现代化的工业生产对位移量控制要求越来越高，与其他电机相比，步进电机的定位优势更加明显。它被广泛应用于许多需要精确定位控制的场合，如绘图仪X-Y轴的驱动、打印机的进纸和计算机的软盘驱动等^【1】。

传统的步进电机的缺点有：效率低，功耗大，带负载能力不强，且易出现共振现象等等^【2】。由于对实时性的要求不断提高和处理数据量的增加，近年数字信号处理器（DSP）的迅速发展及性价比的不断提高，DSP被越来越多的应用于电动机控制的各个领域。本次设计的控制系统中所选用的主控芯片为TI公司专为电机控制所设计的一款DSP 芯片，它是TMS320F2812，具有成本低、功耗低、性能高、处理能力强大等特点，对实现步进电机的数字化控制非常实用^【3】。

本文选用28BYJ-48四相五线的永磁式步进电机，并结合其专用驱动器ULN2003驱动板，以TMS320F2812芯片作为核心控制单元，通过其内部集成的CPU定时器模块的周期中断，在针对TMS320系列DSP的集成开发环境CCS5.3(Code Composer Studio V5 )的环境下，通过c语言编写控制程序，最终实现在三种不同工作方式下均具有转向选择、精确步数控制和调速功能的四相步进电机控制系统的设计。

1.2 国内外的发展及研究现状

早在二十世纪20年代，第一个真正意义上的变磁阻型步进电机被英国海军用作定位控制和远程遥控^【4】。到了80年代后，步进电动机的控制方式更加灵活多样，电机设备性能的提高，这些都促进了步进电动机的发展^【5】。今日步进电机已广泛运用于各类灵活控制性高的机械系统中，例如机床控制，航空等领域。

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