本人在该课题中主要做了以下工作安排:

（1）查资料，概述步进电机的分类、特点、工作原理以及控制方式，并介绍步进电机的驱动系统的构成，为后面的硬件设计提供理论基础；

（2）阐述系统的总体设计与方案论证，确定基于单片机的控制系统的一般框架；

（3）系统硬件设计，分别阐述ARM单片机端口分配、外围模块电路、驱动电路设计。总原理图见附录Ⅰ；

（4）系统软件设计，遵循自顶向下、从整体到部分的原则，画出主流程、初始化流程以及各子程序的流程等。编写程序，具体程序见附录Ⅱ。

2 步进电机控制系统

2。1 步进电机简介

2。1。1 步进电机概述

脉冲信号对步进电机的工作起着至关重要的作用。步进电机的工作原理就是把脉冲信号变为电机运转所需的角位移[1]。脉冲个数和频率决定了步进电机的转速，与电压和负载等并没有直接关系。一个电脉冲信号对应步进电机的一个步距角，正因为这种线性关系以及其无累积误差等特性，速度和位置等方面的控制对于步进电机来说再容易不过了。因为步进电动机可以直接识别数字量，与ARM微控制器控制再适合不过了。 

2。1。2 步进电机分类

步进电机有许多种，可以按不同方式进行分类。比如按励磁的相数来分的话，步进电电机可分为二到六相等。我们用的比较多的旋转式步进电机按其结构可以分为以下三类：

（1）反应式步进电机，这种步进电机的工作原理是定子绕组会产生电磁力，然后吸引齿形的转子转动。工作原理是磁通总是沿着磁阻最小路径闭合，产生磁拉力形成转矩，所以又叫磁阻式步进电机。它的定子和转子都是由软磁材料构成，不含有永久磁铁，所以在没有励磁的情况下电机没有保持力。其步距角比较小，启动和运行的频率比较高，它的缺点是制造的成本高昂但是效率低下，转子阻尼差，单步运行震荡的时间比较长，系统控制精度低。

（2）永磁式步进电机，从名字可以知道，永磁式步进电机的转子是由永磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，通电之后通过永磁体和定子电流磁场之间的作用产生转矩。它的优点是动态性能高，输出转矩较小，因为转子是永磁材料，所以刚断电会短暂维持转矩，不像反应式步进电机一断电就不工作了。缺点是步距角比较大，电机的启动和运行频率低，并且要采用正、负脉冲供电；

（3）混合式步进电机，既然叫混合式，当然是选择了前两者的好的方面制成。它的定子与四相反应式步进电动机无区别，转子还像永磁步进电机一样是永磁材料，同时为了提高步距角的精度，定子和转子都有许多小齿。其优点是动态性能高，步距角小分辨率高，有定位转矩，绕组电感小。缺点是有较高的启动和运行频率，结构比较复杂，制造成本高。

在本设计中，主要注重整个系统功能的实现，对于控制精度的要求不太高，所以我选择了反应式的步进电机。

2。1。3 步进电机特性论文网

（1）步进电机的不同于一般电机，数字化比较高，用作开环控制；

（2）电机能够快速启动、快速停止；

（3）电机停止时，可以实现自锁功能；

（4）电机没有电刷，相对来说比较可靠；

（5）电机的定位进度比较高，并且转子转过一转后，其累计误差变为0，即误差不会长期累计；