1、研究课题的背景

步进电机又称脉冲电动机或阶跃电动机,是通过脉冲的方式进行工作,其结构是由定子和转子组成的,线圈中每输入一个电脉冲信号,电流流过定子绕组时产生的矢量磁场就会带动转子旋转一个步距角,当输入连续脉冲信号时,就能一步一步地连续转动,从而使步进电机旋转^[1]。此外，步进电机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速启停、正反转等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常实用，所以步进电机的控制应用已经被广泛应用到国民生活、生产的各个领域当中^[2]。

2、研究课题的意义

步进电机是常用于过程控制和及仪表中的控制元件之一，因其控制系统具有结构简单、功能强大、性能稳定、价格低廉等诸多优点，在数控机床、自动化包装、电动阀门、医疗设备等方面有着广泛而深入的应用^[3]。目前的步进电机控制系统采用分立元件的控制回路，或者集成电路，不仅安装调试复杂，且改变方案时一定要重新设计电路，不利于系统升级。而基于单片机的步进电机系统根由优势，因此研究基于单片机的步进电机控制系统具有十分重要的意义^[4]。

3、国内外研究状况

3.1国外研究状况

目前国外对步进电机的控制和驱动的一个重要发展方向是大量采用专用芯片，缩小驱动器的体积，明显提高了整体的性能。比较典型的芯片有两类:其中一类芯片的核心是用硬件和微程序来保证步进电机实现合理的加减速过程，同时完成计长走步、正反转等。对于开环使用的步进电机，实现合理的加减速过程便可使其达到较高的运行频率而不失步或过冲。例如日本的ppmc101b便是这种芯片。采用这类专用集成电路可驱动3~5相电路，转速精确，设定的转速范围宽，加减速的过渡时间及上升陡度可根据负载选定，此外还有单步运转和不同的停止方式^[5]。

3.2国内研究状况

我国数控机床和普通机床采用的比较多的是开环步进电机控制系统,为了适应一些领域中高精度定位和运行平稳的要求，我国改革开放初期就开始对步进电机细分驱动技术进行研究。细分驱动时，绕组电流不是一个方波而是一个阶梯波，额定电流是台阶式的投入或者切除。细分包括振荡器、环形分配器控制的细分驱动细分驱动技术是步进电机驱动与控制技术的飞跃^[6]。我国还研究了基于单片机斩波恒流驱动、基于单片机的直流电压驱动等驱动方式，此外，目前采用的驱动方案还有根据汇编语言或者C语言进行软件开发，通过串行或并行接口的方式实现PC机与步进电机控制器的数据通信，最终实现PC机直接控制步进电机的方法。步进电机受电脉冲信号控制，通过电子元器件来实现电脉冲信号的产生、分配、放大。系统一般由三部分组成:脉冲信号产生电路、脉冲信号分配电路、功率放大驱动电路。这种控制电路设计简单，可以实现一般步进电机的细分任务^[7]。