第一章：引言

第二章：步进电机的原理

第三章：上位机通讯设计

第四章：Verilog串口设计

第五章：步进电机驱动设计

第六章：实验验证

第七章：总结与展望

2 步进电机原理

2。1 步进电机优点

步进电机能直接将外部输入的脉冲pulse信号转换成角位移或线位移，而不需要其他的变换。此外它还具有一系列的优点：

(1) 电机输出转速与输入脉冲的频率成正比，输出角位移量或线位移量与输入的数字信号脉冲数成正比。这些比例关系在负载能力和频率变化范围内不会改变，温度、电压、负载、环境条件等外界因素对其几乎无影响。

(2) 控制性能良好。在开环控制系统中很宽的范围内，我们可以通过调节输入脉冲的频率来控制电机的转速。并且能够实现快速启动、加速、减速、反转和停止，动态响应时间短，实时性强。

(3) 有些型号的步进电机具有自锁能力，在停止运转后某些相绕组仍保持通电状态。还有一些型号的电机能够实现自制动，不需要外部的其他制动装置，增加了系统的集成度，减少了系统的体积。

2。2 步进电机分类文献综述

常见的步进电机有以下三种：

（1）反应式：这种电机是依靠改变电机的磁阻来产生电磁转矩，所以也被称为变磁阻式步进电机。

（2）永磁式：这种电机的内部都是由永磁材料构成的，拥有结构简单、功耗低、效率高等优点，但是由于电机内部没有齿，输出转矩就比较小。

（3）混合式：这种电机是在以往的反应式和永磁式步进电机的基础上，对两种电机的性能进行综合的结果。混合式可以做得像反应式一样的小步距，同时又具有永磁式控制功率小、效率高的优点，它是目前除了单反式步进电机以外十分流行的步进电机，但是由于其结构复杂，生产成本也较高。

2。3 步进电机的运动原理

以下图中的步进电机为例，简要介绍步进电机的工作原理。图中为一四相步进电机，内部有四相电磁绕组，只要对电机内部的各相绕组按照合适的时序通电，就能使步进电机正常工作，实现单步或者连续转动。而且通过改变通电时序的快慢和方向就可以控制电机的运转状态，这里的通电时序在具体的应用当中就用脉冲信号来表示，图2。1是该四相反步进电机工作原理图。

 四相步进电机示意图

开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD开关断开，B相磁极就和转子3、0号齿对齐，同时，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿，转子上的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿。SB开关电源断开，SA开关接通电源，由于A相绕组的磁力线和5、2号齿之间磁力线的作用使转子转动，2、5号齿和A相绕组磁极对齐。而1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，0、3号齿和B、C相绕组产生错齿。依次类推，D、C、B、A四相绕组轮流通电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

2。4 步进电机驱动设计总体方案及开发工具

2。4。1 总体方案设计来,自,优.尔:论;文*网www.youerw.com +QQ752018766-

根据任务书的要求，本课题需要编写可视化MFC界面来控制步进电机的运转，可视化界面是用户对电机进行控制的工具，通过设置功能按键发送指令，FPGA 开发板的串口接收指令，不同的指令改变不同的设计参量，以此来配置步进电机的不同驱动模式，控制步进电机运转的参量脉冲频率和转动方向得到调整，最后进入到脉冲分配器当中实现电机的预期运转。

综上所述，本课题应划分为三部分：