基于單片機(jī)的高精度步進(jìn)電機(jī)控制研究

付家翰

【摘要】 本文重點(diǎn)對步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動原理進(jìn)行了分析，通過對細(xì)分電流波形的合理選擇，以及以AT89C51單片機(jī)作為核心的選擇，經(jīng)過對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片L297/298的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的斬波恒流細(xì)分驅(qū)動控制系統(tǒng)的設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】 步進(jìn)電機(jī) 細(xì)分驅(qū)動控制 單片機(jī) 精度

步進(jìn)電機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用過程中具有價格低、容易控制、無積累誤差、計算機(jī)接口簡單等特點(diǎn)，所以，步進(jìn)電機(jī)作為一種將離散的電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的電磁機(jī)械設(shè)備裝置實(shí)現(xiàn)了對機(jī)械、儀表、工業(yè)控制等領(lǐng)域的有效應(yīng)用。隨著我國各項技術(shù)的不斷發(fā)展，我國工業(yè)行業(yè)中對各個自動化控制及精密機(jī)械加工等都需要步進(jìn)電機(jī)具有非常高的精度。

一、基于單片機(jī)的高精度步進(jìn)電機(jī)控制研究現(xiàn)狀

步進(jìn)電機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用過程中具有自身獨(dú)特的特征，即能夠在沒有速度、位置傳感器的情況下一樣可以對開環(huán)狀態(tài)下的定位工作或同步運(yùn)行工作進(jìn)行精確的實(shí)現(xiàn)。同時，通過對步進(jìn)脈沖數(shù)量多少的調(diào)節(jié)，就能夠有效實(shí)現(xiàn)對位移或者角度定位的實(shí)現(xiàn)，對于步進(jìn)脈沖來說，就愛好似驅(qū)動器發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的電脈沖信號，所以，想要實(shí)現(xiàn)對速度的有效調(diào)節(jié)，就可以通過對步進(jìn)脈沖頻率高低的調(diào)節(jié)進(jìn)行控制，這樣就能夠有效實(shí)現(xiàn)相關(guān)裝置及設(shè)備的廣泛應(yīng)用。

二、基于單片機(jī)的高精度步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

此系統(tǒng)中，對于硬件設(shè)計所采用的主要是以AT89C51單片機(jī)作為核心，步進(jìn)電機(jī)中驅(qū)動芯片的使用用主要是L297和L298N，然后運(yùn)用驅(qū)動雙相步進(jìn)電機(jī)中AT89C51單片機(jī)對兩個DAC0832轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，并對轉(zhuǎn)換器中每相繞組對應(yīng)的L297的參考電壓進(jìn)行改變，在保證了電路正常使用的同時，并不能有效的實(shí)現(xiàn)在實(shí)際中的應(yīng)用，所以，這就需要進(jìn)行一些外圍輔助電路的添加。

2.2 軟件設(shè)計

在此系統(tǒng)中，對于系統(tǒng)中軟件的設(shè)計，會應(yīng)用到定時器，定時器主要的作用就是能夠?qū)⒖刂菩盘栠M(jìn)行有效的發(fā)射，而此控制信號主要是通過脈沖產(chǎn)生的，這樣就能夠保證在定時器中運(yùn)用單片機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)對DAC0832系統(tǒng)有效的控制，并通過相關(guān)器械設(shè)備，保證階梯形電壓的有效產(chǎn)生，當(dāng)所產(chǎn)生的階梯形電壓與L297電機(jī)控制芯片中第十五號引腳連接時，就能夠保證所產(chǎn)生的電壓在L297斬波對步進(jìn)電機(jī)線圈電流進(jìn)行有效的控制。與此同時，定時器1控制單片機(jī)引腳P0.0產(chǎn)生控制轉(zhuǎn)速的脈沖信號E1。定時器0產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)所需的細(xì)分脈沖，脈沖頻率為E0，使其具有E0=N* E1的關(guān)系（N為細(xì)分?jǐn)?shù)）。對于每個信號周期來說，單片機(jī)能夠?qū)善珼AC0832輸出經(jīng)過運(yùn)算放大器的變壓輸出峰值電壓實(shí)現(xiàn)有效的控制，這樣就會保證L297端口的參考電壓會發(fā)生一定順次的變化，此時將結(jié)果與L298N反饋出來的電壓相比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對線圈電流的逐漸增大或減少，并不是簡單的一次性通入或切斷。對于高精度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電壓的計算方法來說，有一定的計算公式可以進(jìn)行運(yùn)用，即：Vref=Vmax*si（nn*II/2N）。其中N為細(xì)分步數(shù)，n為細(xì)分第n步。

通過對脈沖頻率或換向周期進(jìn)行有效的控制，就能夠?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)對步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度的有效控制，對于步進(jìn)電機(jī)的速度控制來說，其主要的控制方法就在單片機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)用定時器的方法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。為了完成此目的，首先需要做的工作就是要對所需要的定時器初值進(jìn)行存儲，并存儲在單片機(jī)中，其后在通過開關(guān)實(shí)現(xiàn)對定時器初值不同的選取工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)速度的有效控制。

2.3 系統(tǒng)整體分析

此系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)對日常應(yīng)用的滿足，但是，當(dāng)需要步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行進(jìn)行高精度細(xì)分時，還是會有一些亂序的問題出現(xiàn)，而此問題的產(chǎn)生一般都是因為一些延遲造成的。在實(shí)際的定時器使用過程中，因為會有申請中斷或取消中斷的過程中會有時間誤差的存在，這樣就會造成亂序問題的出現(xiàn)，而這樣的問題時不可避免的。所以，為了保證對步進(jìn)電機(jī)的精確定時，首先就需要保證軟件的充分應(yīng)用，簡單的說，當(dāng)進(jìn)行軟件操作過程中，就需要對定時器的初值進(jìn)行有效的調(diào)整。所以，為實(shí)現(xiàn)精確定時，就需要通過軟件設(shè)計完成，具體的需要在進(jìn)行軟件操作時，可以實(shí)現(xiàn)對定時器的初值進(jìn)行不同程度的調(diào)整。與此同時，還需要對相關(guān)的兩個因素進(jìn)行考慮，即：首先，當(dāng)有中斷出現(xiàn)時，要保證有一定的中斷時間響應(yīng)；其次，當(dāng)在定時器中進(jìn)行初值裝載時，還需要將裝載初值所用到的時間考慮在內(nèi)，想要實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的有效控制，首先需要解決的一個問題就是要減除抖動，當(dāng)抖動問題存在時，就不能有效實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位。這樣，就可以從宏觀上發(fā)現(xiàn)問題的所在，而解決的方法則是可以通過對驅(qū)動電路的改善進(jìn)行解決，同時還可以對轉(zhuǎn)速進(jìn)行提高，當(dāng)轉(zhuǎn)速越高時，所出現(xiàn)的抖動也就越清晰，這樣就能夠通過加減速度來實(shí)現(xiàn)對問題的解決。

三、結(jié)束語

綜上所述，運(yùn)用鍵盤可以實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、加減步數(shù)及停止等操作，然后，再進(jìn)行軟件程序中語言的編寫，這樣就能夠保證單片機(jī)所輸出的控制信號在經(jīng)過驅(qū)動電路時，實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)精確的控制。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 廖宇，高林.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測量技術(shù)，2012，31（05）：150-154.

[2] 郭士軍，康春花，張占立，等.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) [J]. 電機(jī)與控制應(yīng)用，2011，11（03）：150-151.