b）基于单片机的步进电机控制系统

随着单片机技术的飞速发展，以及单片机强大丰富的功能，单片机在电动机控制领域占有一席之地。同专用IC相比，单片机有更大的灵活性，更易实现复杂的控制策略[2]。

单片机控制系统的特点是数字控制功能很强。但是受单片机自身结构限制，单片机的处理速度比较慢，对于一些可以提高系统性能的复杂控制算法，难以做到实时执行[9]。

    c）基于DSP的步进电机控制系统

DSP构成的电机控制系统相对于单片机来说具有更高的速度和精度，而且存储量大，具有逻辑控制功能和各种中断处理能力，各种控制硬件集中在一个芯片中。目前，电机控制专用的DSP集成了电机控制所必须的可增加死区的灵活多变的多路PWM发生器、高速高精度ADC以及用于电机速度和位置反馈的编码器接口等电路[10]，这使得DSP控制拥有广阔的前景。

    d）基于可编程数字逻辑器件的步进电机控制系统

可编程器件的优点是高性能、高集成度、高灵活性，可使控制电路简化。基于FPGA（现场可编程门阵列）实现参数可配置的步进电机驱动控制系统具有修改方便、使用灵活、可靠性高可移植性强等优点[11]。因此也是一种研究较多的控制系统实现方法，但是采用元器件较多，可靠性低，体积比较大，软件设计工作量较大。当控制轴数较多时，会导致系统主机负担太重，实时性不易保证，而且故障风险过于集中。

1.3  本文研究内容

1.3.1  研究内容

本系统致力于开发一个硬软件系统实现原理简单但控制精度较高的步进电机开环速度控制系统。设计主要针对目前市场上广泛应用的混合式两相步进电机，采用常见简单的硬件电路和步进电机控制技术。研究工作主要包括：

    a）采用近似波形法用单片机产生SPWM波对步进电机进行细分控制，克服在传统驱动技术下的步进电机存在的低速时振动、共振、高噪声以及高速时转矩下降等缺点。

    b）多细分设置。具有常用的4、8、16细分档位选择，满足不同细分精度的需要，并完成细分驱动下的调速功能。在不同的细分数下可进行高低速选择，使得细分数改变时或细分数不改变时均可调整电机转速，使电机达到良好的动态性能。文献综述

    c）简化硬件设计，增强软件功能。脉冲的产生和分配均主要由软件部分完成，大大简化硬件电路，减小信号干扰，并且可通过修改软件完成系统功能扩展。

    d）功率驱动电路为常用的L298全双桥步进电机专用驱动芯片，电路简单可靠且可以直接与单片机和步进电机相连。

1.3.2  论文安排

    a）原理部分。第2章和第3章主要介绍两相混合式步进电机的结构，运行原理、特点和数学模型，以及细分驱动技术的原理分析和细分波形的获得。

    b）硬件电路设计部分。第4章详细介绍系统硬件架构和各部分硬件电路设计原理和实现方法。

    c）系统软件设计部分。第5章详细介绍系统软件组成以及各模块实现流程，主要部分为细分电流的产生和分配。

    d）仿真结果部分。第6章对所设计的系统进行仿真验证，给出仿真结果并分析。

e）总结和展望部分。最后总结全文内容，分析本系统所存在的不足，指出有待进一步发展的工作。

2  两相混合式步进电机

2.1  步进电机的基本特性

2.1.1  步进电机分类

按照转子结构和励磁方式的不同步进电机可分为三类：反应式步进电机，永磁式步进电机和混合式步进电机。