使用單片機控制步進電機的探討

1、<p>　　使用單片機控制步進電機的探討</p><p>　　【摘要】本文旨在探討單片機控制步進電機系統(tǒng)，在簡單介紹不僅電機的基礎上，詳細闡述了單片機控制步進電機的系統(tǒng)框架，并根據(jù)實際電路設計程序流程，同時介紹了設計的程序歷程下單片機的工作流程，從而實現(xiàn)步進電機的控制。 </p><p>　　【關鍵詞】單片機；步進電機；開關控制；驅動芯片 </p><p>

2、;<b>　　1 概述 </b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展以及科學技術水平的不斷提高，人們對生產(chǎn)水平和生活質(zhì)量要求越來越高。在現(xiàn)代化技術水平空前發(fā)達的今天，人們?yōu)榱俗非蟾咝实墓I(yè)生產(chǎn)和高質(zhì)量的日常生活，將電動機應用到社會各行業(yè)的各個領域。伴著微電子技術和數(shù)字化技術的發(fā)展，數(shù)字控制技術在電動機控制領域得到了廣泛而又深入的發(fā)展，而步進電機作為繼直流電機和交流電機后后的第三類電

3、動機，以其獨特的支持數(shù)字化控制的特性，在自動化控制系統(tǒng)下，改變了傳統(tǒng)電動機的機電能量轉換的角色，在人類的生產(chǎn)生活邁進電氣化時代的過程中起到了關鍵性的作用。 </p><p><b>　　2 步進電機 </b></p><p>　　步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰七M而轉化成線位移的開環(huán)控制元件，它在一種在矩形電脈沖的控制下，按照設定方向轉動固定角度從而實現(xiàn)特定位移的執(zhí)

4、行電機。當有脈沖信號發(fā)送到步進電機驅動接收器中，步進驅動器就會驅動步進電機按照既定方向轉動一個固定的角度，也就是“步距角”，從而實現(xiàn)固定的位移。對步進電機來說，“步距角”是固定不變的，是步進電機的走一步的距離，屬于步進電機的固有屬性，而對步進電機所有的控制都是步進電機一步一步“走”出來的。我們可以通過設定發(fā)送給步進電機的電脈沖的個數(shù)來控制步進電機總的角位移，從而實現(xiàn)位置的改變，通過控制發(fā)送步進電機電脈沖的頻率來控制步進電機角位移的速度和

5、角速度，從而實現(xiàn)位置上的調(diào)速。 </p><p>　　3 單片機控制步進電機 </p><p>　　由于步進電機結構簡單、數(shù)字化控制方便、運行可靠以及步距角不受外界環(huán)境變化的影響、誤差不長期積累等優(yōu)點，被廣泛應用到打印機、照相機、雕刻機等消費類產(chǎn)品，數(shù)控機床、工業(yè)機器人等工業(yè)控制以及各種醫(yī)療器械等機電產(chǎn)品中，單片機成本低、體較小、易編程等優(yōu)點使其成為步進電機的完美搭檔，在步進電機的控制系統(tǒng)

6、中，可以實現(xiàn)對轉動速度和方向的穩(wěn)定可靠高效的控制。 </p><p>　　3.1基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)框架 </p><p>　　基于單片機來控制步進電機進行運轉的系統(tǒng)是以單片機為核心，配合單片機最小系統(tǒng)的時鐘電路、復位電路，來控制步進電機運轉。如圖1.所示，為單片機控制步進電機系統(tǒng)框架結構圖。 </p><p>　　圖1 單片機控制步進電機系統(tǒng)框架結構圖 &

7、lt;/p><p>　　該控制系統(tǒng)中，其中單片機型號為AT89C51，為整個系統(tǒng)提供控制指令的輸出，時鐘電路和復位電路為單片機最小系統(tǒng)的所必須的電路，開關控制電路只要是為用戶提供外部接口來人為地控制步進電機的狀態(tài)，顯示電路顯示當前步進電機的運行狀態(tài)，ULN2003芯片是步進電機的驅動芯片。 </p><p>　　3.2單片機控制系統(tǒng)程序設計流程 </p><p>　　使

8、用P3端口讀取人為的鍵盤按鍵的信號，P0端口控制步進電機的工作模式。 </p><p>　?。?）初始化單片機，初始化定時器/計數(shù)器，數(shù)據(jù)傳送端口，外圍芯片使能以及初始數(shù)據(jù)賦值 </p><p>　?。?）檢查步進電機狀態(tài)，是否處于使能狀態(tài) </p><p>　?。?）檢測P3口的狀態(tài) </p><p>　　a.如果正轉按鈕被按下，選擇較當前

9、定時器的初始數(shù)據(jù)大的最小值賦值給定時器進行定時（單片機上電是步進電機停止，相當于控制信號頻率為0，定時時間無窮大），然后發(fā)送信號將步進電機使能，并啟動定時器開始計時。 </p><p>　　b.如果加速按鈕被按下，選擇較當前定時器的初始數(shù)據(jù)小的最大值賦值給定時器進行定時，并啟動定時器開始計時。 </p><p>　　c.如果減速按鈕被按下，選擇較當前定時器的初始數(shù)據(jù)大的最小值賦值給定時器進

10、行定時，并啟動定時器開始計時。 </p><p>　　d.如果停止按鈕被按下，停止定時器/計數(shù)器工作，停止改變連接步進電機端口值，并將步進電機使能端無效。 </p><p>　　e.如果反轉按鈕被按下，檢查當前定時器定時是否處于較小值，如果值較小，先停止定時器/計數(shù)器工作和改變端口值，然后發(fā)送控制信號為步進電機提供正序換相通電，并判斷P0.0是否為0，如果不是，將其賦值為0，再啟動定時器/

11、計數(shù)器工作。 </p><p>　?。?）當定時器定時結束時，將當前連接步進電機的端口的值取反。 </p><p>　　3.3步進電機工作流程 </p><p>　　根據(jù)上述單片機程序流程，可以知道步進電機控制系統(tǒng)的工作流程。當單片機和步進電機的電源開關打開后，會看到“停止”的指示燈亮；當按下正轉開關，然后按下加速開關后，“停止”指示燈熄滅，“正轉”指示燈亮，步進電

12、機按照較小的速度運轉；然后繼續(xù)按下加速，步進電機速度加快，當多次按下加速按鈕后，步進電機不再加速，而是保持一個較高的速度運轉；按下“減速”按鈕，步進電機速度減慢；繼續(xù)按下“減速”按鈕，步進電機速度繼續(xù)減慢直到停止運轉；按下“反轉”按鈕，“正轉”指示燈熄滅，“反轉”指示燈亮；按下“加速”開關，步進電機運轉速度增加；按下“減速”開關，步進電機運轉速度減小。 </p><p><b>　　4 總結 </

13、b></p><p>　　單片機控制步進電機工作，主要是根據(jù)步進電機的工作特性，按照人為的意愿來編寫程序代碼，并通過一定的驅動電路或者芯片來驅動步進電機工作。當然，在實際的開發(fā)中還有很多細節(jié)應該注意，比如在步進電機反轉時要求此時轉速較小，以免破壞步進電機等，從而使單片機提供穩(wěn)定的信號來控制步進電機運轉。 </p><p><b>　　參考文獻： </b><

14、/p><p>　　[1]顧永南.基于PLC的步進電機控制方法分析[J].電源技術應用.2013（10） </p><p>　　[2]趙敏，劉新妹，李曉飛.步進電機變速控制系統(tǒng)的設計[J].可編程控制器與工廠自動化.2013（12） </p><p>　　[3]馬麗.基于單片機步進電機的控制系統(tǒng)設計[J].黑龍江科技信息.2013（24） </p><