使用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)探析

1、使用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)探析【摘要】本文旨在探討單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)， 在簡(jiǎn)單介紹不僅電機(jī)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了單片機(jī)控制步進(jìn) 電機(jī)的系統(tǒng)框架，并根據(jù)實(shí)際電路設(shè)計(jì)程序流程，同時(shí)介紹 了設(shè)計(jì)的程序歷程下單片機(jī)的工作流程，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī) 的控制?！娟P(guān)鍵詞】單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；開關(guān)控制；驅(qū)動(dòng)芯片1概述隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的不斷提 高，人們對(duì)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(dá)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(dòng)機(jī)應(yīng)用到社會(huì)各行業(yè)的各個(gè)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(dòng)機(jī)控制領(lǐng)域得到了廣泛而又深入的發(fā)展，而步

2、進(jìn)電機(jī)作 為繼直流電機(jī)和交流電機(jī)后后的第三類電動(dòng)機(jī)，以其獨(dú)特的 支持?jǐn)?shù)字化控制的特性，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)下，改變了傳統(tǒng) 電動(dòng)機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的角色，在人類的生產(chǎn)生活邁進(jìn)電氣 化時(shí)代的過程中起到了關(guān)鍵性的作用。2步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰七M(jìn)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(dòng)固定角度從而實(shí)現(xiàn)特定位移的執(zhí)行電機(jī)。當(dāng) 有脈沖信號(hào)發(fā)送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接收器中，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器就會(huì) 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照既定方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，也就是 “步距角”，從而實(shí)現(xiàn)固定的位移。對(duì)步進(jìn)電機(jī)來說，“步 距角”是固定不變的，是步進(jìn)電機(jī)的走一步的距離，屬于步 進(jìn)電機(jī)的固有屬

3、性，而對(duì)步進(jìn)電機(jī)所有的控制都是步進(jìn)電機(jī) 一步一步“走”出來的。我們可以通過設(shè)定發(fā)送給步進(jìn)電機(jī) 的電脈沖的個(gè)數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)總的角位移，從而實(shí)現(xiàn)位置 的改變，通過控制發(fā)送步進(jìn)電機(jī)電脈沖的頻率來控制步進(jìn)電 機(jī)角位移的速度和角速度，從而實(shí)現(xiàn)位置上的調(diào)速。3單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)由于步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)字化控制方便、運(yùn)行可靠以 及步距角不受外界環(huán)境變化的影響、誤差不長(zhǎng)期積累等優(yōu) 點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到打印機(jī)、照相機(jī)、雕刻機(jī)等消費(fèi)類產(chǎn)品， 數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等工業(yè)控制以及各種醫(yī)療器械等機(jī)電 產(chǎn)品中，單片機(jī)成本低、體較小、易編程等優(yōu)點(diǎn)使其成為步 進(jìn)電機(jī)的完美搭檔，在步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì) 轉(zhuǎn)動(dòng)速度和方向

4、的穩(wěn)定可靠高效的控制。3. 1基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框架基于單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)是以單片 機(jī)為核心，配合單片機(jī)最小系統(tǒng)的時(shí)鐘電路、復(fù)位電路，來 控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖1.所示，為單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系 統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖。圖1單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖該控制系統(tǒng)中，其中單片機(jī)型號(hào)為at89c51,為整個(gè)系 統(tǒng)提供控制指令的輸出，時(shí)鐘電路和復(fù)位電路為單片機(jī)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(jìn)電機(jī)的狀態(tài)，顯示電路顯示當(dāng)前步進(jìn) 電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，uln2003芯片是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。3. 2單片機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程使用p3端口讀取人為的

5、鍵盤按鍵的信號(hào)，p0端口控制步進(jìn)電機(jī)的工作模式。(1) 初始化單片機(jī)，初始化定時(shí)器/計(jì)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(2) 檢查步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)，是否處于使能狀態(tài)(3) 檢測(cè)p3 口的狀態(tài)乩如果正轉(zhuǎn)按鈕被按下，選擇較當(dāng)前定時(shí)器的初始數(shù)據(jù)大的最小值賦值給定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)(單片機(jī)上電是步進(jìn)電機(jī) 停止，相當(dāng)于控制信號(hào)頻率為0,定時(shí)時(shí)間無窮大)，然后發(fā) 送信號(hào)將步進(jìn)電機(jī)使能，并啟動(dòng)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。b.如果加速按鈕被按下，選擇較當(dāng)前定時(shí)器的初始數(shù)據(jù) 小的最大值賦值給定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)，并啟動(dòng)定時(shí)器開始計(jì) 時(shí)。c如果減速按鈕被按下，選擇較當(dāng)前定時(shí)器的初始數(shù)據(jù) 大的最小值賦值給定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)，并啟動(dòng)

6、定時(shí)器開始計(jì) 時(shí)。d.如果停止按鈕被按下，停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作，停 止改變連接步進(jìn)電機(jī)端口值，并將步進(jìn)電機(jī)使能端無效。e如果反轉(zhuǎn)按鈕被按下，檢查當(dāng)前定時(shí)器定時(shí)是否處于 較小值，如果值較小，先停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作和改變端 口值，然后發(fā)送控制信號(hào)為步進(jìn)電機(jī)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(dòng)定時(shí) 器/計(jì)數(shù)器工作。(4) 當(dāng)定時(shí)器定時(shí)結(jié)束時(shí)，將當(dāng)前連接步進(jìn)電機(jī)的端 口的值取反。3. 3步進(jìn)電機(jī)工作流程根據(jù)上述單片機(jī)程序流程，可以知道步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 的工作流程。當(dāng)單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的電源開關(guān)打開后，會(huì)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)

7、后，“停止”指示燈熄滅，“正轉(zhuǎn)”指示燈亮，步進(jìn)電機(jī) 按照較小的速度運(yùn)轉(zhuǎn)；然后繼續(xù)按下加速，步進(jìn)電機(jī)速度加 快，當(dāng)多次按下加速按鈕后，步進(jìn)電機(jī)不再加速，而是保持 一個(gè)較高的速度運(yùn)轉(zhuǎn)；按下“減速”按鈕，步進(jìn)電機(jī)速度減 慢；繼續(xù)按下“減速”按鈕，步進(jìn)電機(jī)速度繼續(xù)減慢直到停 止運(yùn)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(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度增加；按 下"減速”開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度減小。4總結(jié)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)工作，主要是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)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(dòng) 電路或者芯片來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。當(dāng)然，在實(shí)際的開發(fā)中 還有很多細(xì)節(jié)應(yīng)該注意，比如在步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)要求此時(shí)轉(zhuǎn) 速較小，以免破壞步進(jìn)電機(jī)等，從而使單片機(jī)提供穩(wěn)定的信 號(hào)來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。參考文獻(xiàn)：1 顧永南基于plc的步進(jìn)電機(jī)控制方法分析j.電源 技術(shù)應(yīng)用.2013 (10)2 趙敏，劉新妹，李曉飛步進(jìn)電機(jī)變速控制系統(tǒng)的設(shè)