1、控制方式的確定

步進電機控制雖然是一個比較精確的，步進電機開環控制系統具有成本低、簡單、控制方便等優點，在采用單片機的步進電機開環系統中，控制系統的CP脈沖的頻率或者換向周期實際上就是控制步進電機的運行速度。系統可用兩種辦法實現步進電機的速度控制。一種是延時，一種是定時。延時方法是在每次換向之后調用一個延時子程序，待延時結束后再次執行換向，這樣周而復始就可發出一定頻率的CP脈沖或換向周期。延時子程序的延時時間與換向程序所用的時間和，就是CP脈沖的周期，該方法簡單，占用資源少，全部由軟件實現，調用不同的子程序可以實現不同速度的運行。但占用CPU時間長，不能在運行時處理其他工作。因此只適合較簡單的控制過程。定時方法是利用單片機系統中的定時器定時功能產生任意周期的定時信號，從而可方便的控制系統輸出CP脈沖的周期。當定時器啟動后，定時器從裝載的初值開始對系統及其周期進行加計數，當定時器溢出時，定時器產生中斷，系統轉去執行定時中斷子程序。將電機換向子程序放在定時中斷服務程序中，定時中斷一次，電機換向一次，從而實現電機的速度控制。由于從定時器裝載完重新啟動開始至定時器申請中斷止，有一定的時間間隔，造成定時時間增加，為了減少這種定時誤差，實現精確定時，要對重裝的計數初值作適當的調整。調整的重裝初值主要考慮兩個因素一是中斷響應所需的時間。二是重裝初值指令所占用的時間，包括在重裝初值前中斷服務程序重的其他指令因。綜合這兩個因素后，重裝計數初值的修正量取8個機器周期，即要使定時時間縮短8個機器周期。用定時中斷方式來控制電動機變速時，實際上是不斷改變定時器裝載值的大小。在控制過程中，采用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。為了減少每步計算裝載值的時間，系統設計時就把各離散點的速度所

1) 步進確認，這是最簡單的位移控制，使用一個低值的光學編碼器計算步進移動的數量。一個簡單的回路與指令校驗的步進電機比較，驗證步進電機移動到預計的位置；

2) 反電動勢, 一種無傳感器的檢測方法，使用步進電機的反電動勢（eleCtromotiveforCe，emf）信號，測量和控制速度。當反電動勢電壓降至監測探測水平時，閉環控制轉為標準開環，完成最終的位移移動；

3）全伺服控制，指全時間的使用反饋設備，用于步進電機--編碼器、解碼器、或其它反饋傳感器上，從而更為精確地控制步進電機位移和轉矩。

其它的方法包括各種不同的反電動勢控制電機參數測量和軟件技術，一些制造企業都會使用這些方法。這里，步進驅動監控和測量電機線圈，使用電壓額電流信息提高步進電機控制。正阻尼使用這一信息阻擋振動的速度，產生更多的可用的轉矩輸出，降低轉矩的機械振動損耗。無編碼器安裝監測采用信息檢測同步速度的損耗。

傳統步進電機控制通常采用反饋設備和非傳感方法，是有效的實現帶有安全需求、危險狀況或高精確度要求的運動應用的方法。
大多數基于步進電機的系統，一般都運行在開環狀態下，這樣可提供一個低成本的方案。 事實上，步進系統可提高位移控制的的性能，且不需要反饋。但是，當步進電機在開環時運行，在命令步幅和實際步幅之間會有同步損耗的可能。
閉環控制，是傳統步進控制的一個部分，能有效地提供更高地可靠性、安全性或產品質量。在這些步進系統中，反饋設備或間接參數傳感方法的閉環能進行校正或控制失步、監測電機停滯，以及確保更大的可用轉矩輸出。近期，步進電機的閉環控制（CLC）還能幫助執行智能分布運動架構。然而，開環操作會有失步的風險，這將產生定位失誤。但與伺服系統中使用的編碼器相比，閉環步進電機采用的編碼器成本更低。故選擇閉環控制。　

2、驅動方式的確定

并于步進電機的驅動一般有兩種方法，一種是通過CPU直接來驅動，這種方法一般不宜采用，因為CPU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進電機的轉動；別一種是通過CPU來間接驅動，就是把從CPU輸出的信號進行放大，然后直接驅動或是再通過光電隔離間接來驅動步進電機，這種方法比較安全可靠。固本次設計應采用CPU間接驅動步進電機。用編碼器還的測速發電機作為轉速測量工具,因為選擇了閉環控制，就必須有反饋元件，反饋元件一般有兩種，一種是采用同軸的測速發電機，把步進電機的轉速反饋回來，然后通過顯示器顯示出來并對步進電機進行調節；別一種是通過光同軸的電編碼器把步進電機的轉速反饋回來對步進電機進行調節；兩者相比，后者的設計比較簡單，價格便宜，安全可靠，污染少。固一般采用后者，用光電騙碼器作為反饋元件。

3、驅動電路的選擇

步進電機的驅動電機有多種，但最為常用的就是單電壓驅動、雙電壓驅動、斬波驅動、細分控制驅動等。單電壓驅動是步進電機控制中最為簡單的一種驅動電路，它在本質上是一個單間的反相器。它的最大特點是結構簡單，因它的工作效率低，特別是在高頻下更顯的突出。它的外接電阻R要消耗相當一部分的熱量，這樣就會影響電路的穩定性所以此種驅動方式一般只用在小功率的步進電機的驅動電路中。雙電壓驅動是電路一般采用兩種電源電壓來驅動，因這兩個電源分別是一個為高壓一個為低壓，因此也稱為高低壓驅動電路。雙電壓驅動電路的缺點是在高低壓連接處電流出現谷點，這樣必然引起力矩在谷點處下降。不宜于電機的正常運行。對于斬波電路驅動則可以克服這種缺點，并且還可以提高步進電機的效率。所以從提高效率來看這是一種很好的驅動電路，它可以用較高的電源電壓，同時無需外接電阻來限定期額定電流和減少時間常數。但由于其波形頂部呈現鋸齒形波動，所以會產生較大的電磁噪聲。細分驅動是用脈沖電壓來供電的，對于一個電壓脈沖，轉子就可以轉動一步，一般會根據電壓脈沖的分配方式，步進電機各相繞阻會輪流切換，固可以使步進電機的轉子旋轉。細分控制的電路一般分為兩類，一類是采用線性模擬功率放大器的方法獲得階梯形電流，這種方法簡單，但效率低。別一種是用單片機采用數子脈寬調制的方法獲得階梯電流，這種方法需要復雜的計算可使細分后的步距角一致。但因本次設計對步進電機的精度要求比較高轉速的調節范圍比較廣，固應選用驅動芯片8713來驅動，并通過軟件來實現步進電機的調速。

4、基本方案的確定

因本次設計的要求，選用三相三拍步進電機，單片機選用89C51作為控制器。選取用8279來驅動顯示和鍵盤。選用8713作為步進電機的驅動芯片并通過光電耦合來驅動步進電機。然后由于步進電機同軸的光電編碼器作為反饋元件，并把反饋回的信號經CPU處理后再由顯示器顯示出來。但由鍵盤輸入的速度數值了得通過顯示器來顯示，固本次設計要兩排顯示，一排來顯示給定的轉速一排來顯示實際的轉速。系統原理框圖如1所示：

圖1 系統原理框圖