1.1 步进电机概述

步进电机最早在19世纪20年代由英国人开发[2]。它的原始模型起源于1830年至1860年间，1870年前后开始以控制为目的的尝试应用于氢弧灯的电极输送机构中，这被认为是最初的步进电动机[3]。在近30年间，步进电动机迅速地发展并成熟起来，从发展趋势来讲，步进电动机已经能与直流电动机、异步电动机以及同步电动机并列，成为电动机的一种基本类型[4]。

步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或直线位移的电磁元件，从能量转换的角度来看，它和普通的电机无异，但是由于它的运行原理、驱动电源及控制方式的特殊性，使其具有如下的特点[5]：

(1)、励磁绕组上施加的不是一个恒定的直流或交流电压，而是采用电子开关断续加以直流电压，即采用脉冲供电方式。

(2)、电机的转速与脉冲频率保持严格的同步关系。

(3)、具有自锁能力，定位精度高。

(4)、步进电机具有加速转矩大等特点，其性能的提高与控制方式、驱动电路的参数等有密切的关系。

步进电机从其结构形式上可分为反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机、单相步进电机、平面步进电机等多种类型，在我国所采用的步进电机中以反应式步进电机为主[6]。

步进电机不能直接采用直流或者普通交流来供电，必须采用专门的步进电机驱动控制器，其驱动控制器一般包括脉冲发生与分配单元、功率驱动单元，闭环控制电路中还将加入反馈和保护单元。大多数步进电机运动控制系统都运行在开环状态下，因为成本较低，并无须反馈。

脉冲分配器又称环形分配器。步进电机正常工作需要按照步进电机的励磁状态表所规定的状态和顺序，依次对各相绕组进行通电或者断电控制，各相驱动信号来源于脉冲分配器。脉冲分配器的主要功能是把来源于控制环节的时钟脉冲串按一定的规律，分配给步进电机驱动器的各相输入端，控制励磁绕组的导通或者截止。脉冲分配器是一种特殊的可逆循环计数器，只是这种计数器的输出不是一般的编码，而是步进电机励磁状态要求的特殊编码[7]。

近年来，由于单片机的普及，可以通过软件和硬件相结合的控制方法，实现运用单片机对步进电机的稳定控制[8-9]。

1.2 步进电机驱动技术发展概况

1.2.1 驱动电源的国内研制概况[10]

的驱动电源将会使用MOSFET作为末级功放元件。

1.2.2 国外研制概况

1.2.3 步进电机的发展趋势

1.3 本课题研究的主要内容及意义

课题要求独立设计一个步进电机驱动系统，并且能够利用开关和电位器控制步进电动机的运动，使得电机能够按照预定的速度和方向旋转，并且运行平稳，精度在允许范围之内。为了完成设计要求，本文首先设计了步进电机的驱动电路，针对选用的75BF003三相六拍步进电机，使用了单电压驱动电路，然后选择单片机来产生和分配输出脉冲，并使用Proteus软件做出仿真来检验驱动电路能否实现。

通过本课题的锻炼，能够使学生对步进电机的工作原理有更深的理解，明白步进电机的运动控制与控制放大器输出频率的关系，另外设计调试步进电机驱动器能够提高学生的动手能力，拓宽其解决问题的思路。

并且，对于步进电机，运用软件仿真并不多，而现实中如果能够先用软件仿真，然后再做出实物，必定会事半功倍。所以，在此次课题研究中，运用了Proteus来仿真，也有可取之处。

2  步进电机的工作原理

2.1 步进电机的选择