步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉會巧

摘要：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移的電磁裝置，是一種特殊的電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有精確性良好等性能，其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價(jià)，又非?？尚校试诖蛴C(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等領(lǐng)域有極廣泛的應(yīng)用。本文介紹以AT89C51單片機(jī)為控制核心所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了電機(jī)啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速等的功能。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī) AT89C51 控制

中圖分類號：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

1研究背景及內(nèi)容

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)中。通俗講：步進(jìn)電機(jī)接收一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)固定的角度（即步距角）?？煽刂泼}沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需求量與日俱增，制作步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。本文通過AT89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)啟停、正反轉(zhuǎn)、加減速的控制。通過單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2004及相應(yīng)按鍵實(shí)現(xiàn)功能。

2硬件設(shè)計(jì)

本文使用的步進(jìn)電機(jī)是步距角為1.8度的四相八拍永磁式步進(jìn)電機(jī)。四相八拍步進(jìn)電機(jī)的通電方式為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。它的工作原理是給一個(gè)脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。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。

根據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作原理可知，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的啟停即給電機(jī)通電則啟動(dòng)、不通電則停止，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制即改變電機(jī)的通電順序，實(shí)現(xiàn)加減速的控制即增加或減小電機(jī)的通電頻率。步進(jìn)電機(jī)不能直接接到電源上工作，必須使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，本文采用驅(qū)動(dòng)芯片ULN2004。

步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)如圖1。其中由P1口連接發(fā)光二極管構(gòu)成顯示部分，實(shí)現(xiàn)當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，二極管依次點(diǎn)亮；當(dāng)電機(jī)加速時(shí)，二極管加速點(diǎn)亮；當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，二極管反方向依次點(diǎn)亮。由P2.0-P2.3口連接的按鍵構(gòu)成按鍵輸入部分，實(shí)現(xiàn)按第一個(gè)按鍵啟停電機(jī)，按第二個(gè)按鍵使電機(jī)加速，按第三個(gè)按鍵使電機(jī)減速，按第四個(gè)按鍵使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。由P2.4-P2.7口連接的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器ULN2004構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的通電控制。

3軟件設(shè)計(jì)

本文用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)分為電機(jī)啟停、正反轉(zhuǎn)、加減速部分組成。

按鍵程序用于判斷P2.0-P2.3口的值，當(dāng)P2.0口為0，即按下按鍵后，電機(jī)啟動(dòng)，再次按鍵，電機(jī)停止；當(dāng)P2.1為0時(shí)，電機(jī)加速；P2.2口為0時(shí)，電機(jī)減速；P2.3口為0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，再次按鍵，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路提供了一定相序的電源，首先定義電機(jī)驅(qū)動(dòng)端口sbit R1=P2^4；sbit R2=P2^5；sbit R3=P2^6；sbit R4=P2^7；根據(jù)四相八拍步進(jìn)電機(jī)的通電順序?yàn)?/p>

A-AB-B-BC-C-CD-D-DA，正轉(zhuǎn)通電子程序?yàn)関oid motorPositive（）

{ if（dir<=0）// dir表示轉(zhuǎn)動(dòng)方向，1正轉(zhuǎn)，-1反轉(zhuǎn)，0停止

return；

R1=1；R2=0；R3=0；R4=0； delay（currentRestTime）； //A

R1=1；R2=1；R3=0；R4=0； delay（currentRestTime）； //AB

R1=0；R2=1；R3=0；R4=0； delay（currentRestTime）； //B

R1=0；R2=1；R3=1；R4=0； delay（currentRestTime）； //BC

R1=0；R2=0；R3=1；R4=0； delay（currentRestTime）； //C

R1=0；R2=0；R3=1；R4=1 ；delay（currentRestTime）； //CD

R1=0；R2=0；R3=0；R4=1； delay（currentRestTime）； //D

R1=1；R2=0；R3=0；R4=1； delay（currentRestTime）； //DA }

當(dāng)接收到正轉(zhuǎn)按鍵的信息后，調(diào)用電機(jī)正轉(zhuǎn)子程序，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)接收到反轉(zhuǎn)按鍵 的信息后，可調(diào)用電機(jī)反轉(zhuǎn)子程序，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)。

4調(diào)試及總結(jié)

（1）電路板焊好后，檢查電路設(shè)計(jì)及元器件焊接是否正確，結(jié)果正確。但發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)不能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，再次確認(rèn)硬件及程序沒問題，據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作原理，電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，四個(gè)相序必須正確。經(jīng)幾次試驗(yàn)，確定電機(jī)的四個(gè)相序。把電路板重新布線，電機(jī)能夠正常轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)物圖如圖2所示。

（2）步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可用作電磁制動(dòng)輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等，所以說步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有著廣闊的市場和遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。

（3）隨著科技的進(jìn)步，芯片也在高速發(fā)展，后續(xù)出現(xiàn)更高級的芯片，依據(jù)本文的設(shè)計(jì)思路也能實(shí)現(xiàn)高級芯片對步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速控制。

參考文獻(xiàn)

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