基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王維傳 彭森

摘 要：本文介紹的是一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言編寫出電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速、停止程序，通過(guò)單片機(jī)、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片ULN2001以及相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)以上功能，并且步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)要用LCD液晶顯示器顯示出來(lái)。本文內(nèi)容介紹了步進(jìn)電機(jī)以及單片機(jī)原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時(shí)對(duì)軟、硬件進(jìn)行了調(diào)試，同時(shí)介紹了調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決問(wèn)題的方法。該設(shè)計(jì)具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了上述功能。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；脈寬調(diào)制；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；單片機(jī)；轉(zhuǎn)動(dòng)

1 引言

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動(dòng)機(jī)，它最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？尚?，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需求量與日俱增，研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。

2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其功用是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移，就是給一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或是前進(jìn)一步。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與脈沖數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率（f）成正比，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。

3 方案設(shè)計(jì)

與其它的微處理器一樣，開發(fā)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制程序也需要一套完整的軟件和硬件開發(fā)工具。近年來(lái)，隨著以51單片機(jī)為內(nèi)核的單片機(jī)的不斷發(fā)展和普及，國(guó)外的一些公司紛紛推出了以51單片機(jī)為基礎(chǔ)的集成開發(fā)環(huán)境。本次設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)是AT89C51。

如圖1所示的步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1為電感-電阻串聯(lián)電路及其電流波形。

4 結(jié)論

采用單片機(jī)作為控制核心，利用其強(qiáng)大的功能，把按鍵電路和LCD顯示電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，組成一個(gè)操作方便，交互性強(qiáng)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)；在本設(shè)計(jì)中作為電機(jī)正常工作比較重要的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，本設(shè)計(jì)中是采用驅(qū)動(dòng)芯片ULN2001來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其特點(diǎn)是成本低，可靠性高，出現(xiàn)問(wèn)題容易維護(hù)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易等特點(diǎn)；在電機(jī)工作模式上本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的四相八拍種脈沖控制方式。

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作者簡(jiǎn)介

王維傳，邵陽(yáng)學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生。