When the lives of employees or national property are endangered, production activities are stopped to rectify and eliminate dangerous factors.
（安全管理）
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基于单片机步进电机速度控制研
究(通用版)
基于单片机步进电机速度控制研究(通用版)导语：生产有了安全保障，才能持续、稳定发展。生产活动中事故层出不穷，生产势必陷于混乱、甚至瘫痪状态。当生产与安全发生矛盾、危及职工生命或国家财产时，生产活动停下来整治、消除危险因素以后，生产形势会变得更好。"安全第一"
的提法，决非把安全摆到生产之上;忽视安全自然是一种错误。
本文对步进机一个全面的介绍，再基于单片机对步进电机的控制。本文采用硬件控制系统，通过单片机MC9S12XS128与光电编码器对步进电机进行速度的控制。最后对步进电机的速度曲线进行研究。
步进电机又称为脉冲电动机或者阶跃电动机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统之中，比如当今电子钟表、工业机械手、包装机械和汽车制动元件的测试中等。步进电机在未来应用前景会往更加小型化、从圆形电动机往方形电动机和四相、五相往三相电动机发展。而这便需要对步进电机的控制提出了更高的要求。
1.步进电机综合介绍
1.1.步进电机分类
步进电动机的种类很多，从广义上讲，步进电机的类型分为机械式、电磁式和组合式三大类型。按结构特点电磁式步进电机可分为反应式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大类；按相数分则可分为单相、
两相和多相三种。目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。
1.1.1.反应式步进电机
反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。一般为三相，可实现大扭矩的输出，步进角一般为1.5度。它的结构简单，成本低，但噪音大。
1.1.
2.永磁式步进电机
永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成，转子本身就是一个磁源。转子的极数和定子的极数相同，所以一般步距角比较大，步进角一般为7.5度或15度。它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小，但启动运行频率较低，还需正负脉冲供电。
1.1.3.混合式步进电机
混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。它分为两相和五相，两相的步进角一般为1.8度，而五相的步进角为0.72度。混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。
目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机。
1.2.步进电机的工作原理
步进电机是将电脉冲信号转化为角位移增量，也即是说，当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，便驱动电机按照设定的方向转动一定的角位移量。我们可以通过控制脉冲的个数来控制步进电机的角位移量，通过控制脉冲的频率来控制速度与加速度。
定子齿有三个励磁绕组，其几何轴线分别于转子的轴线错开。当A 相通电时，由于定齿的A齿与转子的1齿对齐，没有切向力，转子静止，接着B相通电，转子齿偏移定子一个角度，由于励磁磁通力图沿着磁阻最小的路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转过转动，当转子转到定子齿对齐位置时，因转子只受径向力而无切向力的作用，故转矩为零，转子被锁定在该位置上。综上可得出，错齿是促使步进机旋转的根本原因。
在非超载的情况下，电机转速、停止的位置只取决于脉冲信号的脉冲数和脉冲频率，而不受负荷变化的影响。本文是基于这个条件下进行步进电机速度控制研究。
2.步进电机控制系统的研究
2.1.脉冲控制的方法
实现脉冲的分配的方法有两种：软件法和硬件法。软件法在电机运行的过程中，要不停地产生控制脉冲，占用了CPU大量的时间，可
能会使单片机无法进行其它工作，所以现在大部分都是采用硬件法。
2.2.控制系统硬件设计的研究
良好的驱动系统方案能强有力的支撑步进电机升降速曲线的设计。控制系统每发一个脉冲信号,通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。角位移量与脉冲个数相关。步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。步进电机驱动器，必须与步进电机的型号相匹配。否则，将会损坏步进电机及驱动器。电机驱动系统的性能直接影响和制约加减速曲线的效果。
其硬件方面，基于MC9S12XS12816位MCU以及光电编码器、步进电机驱动电路、单片机最小系统板电路支撑软件平台。
MC9S12XS128是飞思卡尔公司为成本敏感型汽车车身电子应用而设计的16位微控制器，其相关特性足以满足此控制系统的设计要求。MC9S12XS128MCU主要特性：
(1)S12XCPU，最高总线速度40MHz；
(2)2.128KB闪存，带有错误校正功能（ECC）；