步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計

張思瑤（安徽大學電子信息工程學院,合肥　230601）

步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計

張思瑤
（安徽大學電子信息工程學院,合肥230601）

本設(shè)計通過開發(fā)運用微型計算機系統(tǒng)，輸出控制時序來控制步進電機運轉(zhuǎn)，針對步進電機的工作狀態(tài)，輸出對應(yīng)的音頻或光、顯示信息。本次設(shè)計的創(chuàng)新點是結(jié)合溫度保護程序，通過比較當前溫度與設(shè)定的溫度值控制步進電機停止轉(zhuǎn)動，保護步進電機。

步進電機；微機；匯編；控制

1　星研集成環(huán)境介紹

（1）提供DOS、WIN95/98/ME/NT/2000/2003/XP二個版本的集成環(huán)境軟件，與KEIL公司提供的C51調(diào)試軟件很大部分相同，也有自己的特色。集編輯編譯器(VC++風格)、項目管理、編譯、連接、錯誤定位、下載于一體，并提供調(diào)試功能。

（2）功能強大的項目管理功能：現(xiàn)在單片機軟件越來越大，也越來越復(fù)雜，維護成本也很高。通過項目管理可化大為小、化整為零，便于管理。項目管理功能也使多模塊、多語言混合調(diào)試成為可能。支持宏匯編、C、PLM語言混合編程，有強大的項目管理功能，含并且包含調(diào)試與該項目相關(guān)的仿真器件、相關(guān)文件、編譯軟件以及編譯連接控制等硬軟件信息。

（3）本次設(shè)計基于星研集成環(huán)境，所有硬件、軟件環(huán)境都已集成。

2　編寫步進電機匯編程序的方法

2.18255可編程并行接口芯片介紹

8255可編程外圍接口芯片是Intel公司生產(chǎn)的通用并行I/0接口芯片，它具有A、B、C三個并行接口，用+5V單電源供電，能在以下三種方式下工作：

方式0—基本輸入/出方式；方式1—選通輸入/出方式；方式2—雙向選通工作方式。

2.2 編程中三個重要的參數(shù)

（1）運轉(zhuǎn)步數(shù)N：操控步進電機的定位精度。

（2）延時時間DELAY：控制步進電機步進的速率。

（3）溫度：控制步進電機停止工作的最大溫度。

3　　工作過程

3.1步進電機的概述及四相八拍步進電機的工作原理：

步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機電元件。此步進電機工作方式為四相八拍，由單極性直流電源進行供電。只需變換不同合適的時序?qū)Σ竭M電機的各相繞組通電，就可以使步進電機步進轉(zhuǎn)動。

四相步進電機按根據(jù)電順序的不同，可以分為單四拍、雙四拍等工作方式。單四拍和雙四拍的步距角相等，但是單四拍的轉(zhuǎn)動力矩較小。而八拍工作方式的步距角是單四拍以及雙四拍的一半，所以，八拍的工作方式不但可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩而且可以提高控制精度。

3.2步進電機的工作方式：

35BYJ46有四個相“ABCD”，如果對每個相單獨依次通電，"A-B-C-D"，旋轉(zhuǎn)一周需要磁場換相四次，稱為四相單四拍；如果每次兩相一組同時通電，"AB-BC-CD-DA"，這稱為四相雙四拍；而單四拍和雙四拍相互交替使用，則稱為四相八拍，如："A-AB-B-BC-C-CD-D-DA"、"AB-ABC-BC-BCD-CD-CDA-DA-DAB"，此時磁場旋轉(zhuǎn)一周需要換相八次。四相八拍與四相四拍相比，步距角減少了一倍，這有利于削弱振蕩，從而提高了電機的帶負載能力。

3.3 控制原理

步進電機通過順序切換它的每相線圈電流來使電機作步進式旋轉(zhuǎn)運動，相應(yīng)的驅(qū)動電路通過脈沖控制，因此調(diào)節(jié)脈沖頻率可調(diào)整步進電機的轉(zhuǎn)速。另外，由于電機存在轉(zhuǎn)動慣量，故其轉(zhuǎn)動速度還受到驅(qū)動功率大小的影響，若脈沖的頻率大于某一固定值（本系統(tǒng)f＞100hz），電機將不再轉(zhuǎn)動。

4　設(shè)計系統(tǒng)的操作

4.1 怎樣改變電機的轉(zhuǎn)速

程序下載好后在試驗箱上可以通過按鍵改變步進電機的轉(zhuǎn)速，按鍵A可以改變步進電機的轉(zhuǎn)動方向，‘1’是順時針，‘0’是逆時針；B按鍵可增大步進電機的轉(zhuǎn)速，C鍵可減小步進電機的轉(zhuǎn)速，D鍵能控制步進電機工作，A、B、C任一按鍵的改變都會使步進電機停止轉(zhuǎn)動。

4.2 通過實驗找出電機轉(zhuǎn)速的上限，如何能進一步提高最大轉(zhuǎn)速

例示程序速度最大顯示為B，即“11”，通過更改步進延時可以增大轉(zhuǎn)動速度。當轉(zhuǎn)速調(diào)至C，即“12”時，步進電機開始轉(zhuǎn)速很快，然后會停止轉(zhuǎn)動，因為步進電機轉(zhuǎn)動慣量的存在，故其轉(zhuǎn)動速度還受到驅(qū)動功率大小的影響，若脈沖的頻率大于某一固定值（本系統(tǒng)f＞100hz），電機將不再轉(zhuǎn)動。故想要進一步提高轉(zhuǎn)速，應(yīng)該增大驅(qū)動功率。

4.3 怎樣能使電機反轉(zhuǎn)

按鍵A可以改變步進電機的轉(zhuǎn)動方向，‘1’是順時針，‘0’是逆時針；若在程序中修改，則只需將MOVbclockwise，1改為MOVbclockwise，0則會使按鍵控制效果相反。

4.4 通過其它外設(shè)的檢測（如光電），控制步進電機的停、轉(zhuǎn)

本次設(shè)計我通過將步進電機與溫度計結(jié)合，設(shè)計出了一個用溫度控制步進電機停止轉(zhuǎn)動的程序，即當溫度超過40度時控制步進電機停止轉(zhuǎn)動?？梢詫崿F(xiàn)步進電機的基本功能，也可以實現(xiàn)溫度的測量。

5　實驗數(shù)據(jù)分析

實驗測得的數(shù)據(jù)因計時水平有限以及視覺誤差存在誤差，故不是很精確，但卻很明顯的反應(yīng)了增加速度等級可以增加轉(zhuǎn)速，B級速度為最大值。若速度再次增加，因為步進電機轉(zhuǎn)動慣量的存在，故其轉(zhuǎn)動速度還受到驅(qū)動功率大小的影響，若脈沖的頻率大于某一固定值（本系統(tǒng)f＞100hz），電機將不再轉(zhuǎn)動。在具體實驗中可通過溫度控制部分將設(shè)定溫度值改為15度進行測試，理論上可以在15度時將步進電機的轉(zhuǎn)動終止。

[1]http://wenku.baidu.com/link?url=Srp-vooRrIlVcyvz5DKKFTvRr 5A4d9ES1VG696cL5GWLCPJkVWth9V01YdUjq1fM2_8zbrpN3CfL8f6TkIAcb Qgiz99DM_BdeS3Endi5jK3

[2] 楊季文著.80X86匯編語言程序設(shè)計教程[M].清華大學出版社,1998.

[3]（美）Kip R. Irvine著：Intel匯編語言程序設(shè)計（第四版）[M].電子工業(yè)出版社,2004.

張思瑤（1993-），男，安徽巢湖人，安徽大學12級通信專業(yè)，本科在讀。