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(chǔ)上，詳細(xì)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(shè)計程序流程，同時介紹了設(shè)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(guān)鍵詞】單片機；步進電機；開關(guān)控制；驅(qū)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(xué)技術(shù)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(shù)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(yīng)用到社會各行業(yè)的各個領(lǐng)域。伴著微電子技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)在電動機控制領(lǐng)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?jǐn)?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(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰七M而轉(zhuǎn)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(shè)定方向轉(zhuǎn)動固定角度從而實現(xiàn)特定位移的執(zhí)

4、行電機。當(dāng)有脈沖信號發(fā)送到步進電機驅(qū)動接收器中，步進驅(qū)動器就會驅(qū)動步進電機按照既定方向轉(zhuǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(fù)位電路，來控制步進電機運轉(zhuǎn)。如圖1.所示，為單片機控制步進電機系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖。 </p><p>　　圖1 單片機控制步進電機系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)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(fù)位電路為單片機最小系統(tǒng)的所必須的電路，開關(guān)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(dāng)前步進電機的運行狀態(tài)，ULN2003芯片是步進電機的驅(qū)動芯片。 </p><p>　　3.2單片機控制系統(tǒng)程序設(shè)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>　　（2）檢查步進電機狀態(tài)，是否處于使能狀態(tài) </p><p>　　（3）檢測P3口的狀態(tài) </p><p>　　a.如果正轉(zhuǎn)按鈕被按下，選擇較當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(zhuǎn)按鈕被按下，檢查當(dāng)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(dāng)定時器定時結(jié)束時，將當(dāng)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(dāng)單片機和步進電機的電源開關(guān)打開后，會看到“停止”的指示燈亮；當(dāng)按下正轉(zhuǎn)開關(guān)，然后按下加速開關(guān)后，“停止”指示燈熄滅，“正轉(zhuǎn)”指示燈亮，步進電

12、機按照較小的速度運轉(zhuǎn)；然后繼續(xù)按下加速，步進電機速度加快，當(dāng)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(zhuǎn)；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(zhuǎn)；按下“反轉(zhuǎn)”按鈕，“正轉(zhuǎn)”指示燈熄滅，“反轉(zhuǎn)”指示燈亮；按下“加速”開關(guān)，步進電機運轉(zhuǎn)速度增加；按下“減速”開關(guān)，步進電機運轉(zhuǎn)速度減小。 </p><p><b>　　4 總結(jié) </

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(qū)動電路或者芯片來驅(qū)動步進電機工作。當(dāng)然，在實際的開發(fā)中還有很多細(xì)節(jié)應(yīng)該注意，比如在步進電機反轉(zhuǎn)時要求此時轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。 </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(shù)應(yīng)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(shè)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(shè)計[J].黑龍江科技信息.2013（24） </p><