1、1使用单片机控制步进电机的探讨【摘要】本文旨在探讨单片机控制步进电机系统，在简单介绍不仅电机的基础上，详细阐述了单片机控制步进电机的系统框架，并根据实际电路设计程序流程，同时介绍了设计的程序历程下单片机的工作流程，从而实现步进电机的控制。 【关键词】单片机；步进电机；开关控制；驱动芯片 1 概述 随着国民经济的快速发展以及科学技术水平的不断提高，人们对生产水平和生活质量要求越来越高。在现代化技术水平空前发达的今天，人们为了追求高效率的工业生产和高质量的日常生活，将电动机应用到社会各行业的各个领域。伴着微电子技术和数字化技术的发展，数字控制技术在电动机控制领域得到了广泛而又深入的发展，而步进电机
2、作为继直流电机和交流电机后后的第三类电动机，以其独特的支持数字化控制的特性，在自动化控制系统下，改变了传统电动机的机电能量转换的角色，在人类的生产生活迈进电气化时代的过程中起到了关键性的作用。2 步进电机 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移进而转化成线位移的开环控制元件，它在一种在矩形电脉冲的控制下，按照设定方向转动固定角度从而实现特定位移的执行电机。当有脉冲信号发送到步进电机驱动接收2器中，步进驱动器就会驱动步进电机按照既定方向转动一个固定的角度，也就是“步距角” ，从而实现固定的位移。对步进电机来说， “步距角”是固定不变的，是步进电机的走一步的距离，属于步进电机的固有属性，而对步进电机所
3、有的控制都是步进电机一步一步“走”出来的。我们可以通过设定发送给步进电机的电脉冲的个数来控制步进电机总的角位移，从而实现位置的改变，通过控制发送步进电机电脉冲的频率来控制步进电机角位移的速度和角速度，从而实现位置上的调速。 3 单片机控制步进电机 由于步进电机结构简单、数字化控制方便、运行可靠以及步距角不受外界环境变化的影响、误差不长期积累等优点，被广泛应用到打印机、照相机、雕刻机等消费类产品，数控机床、工业机器人等工业控制以及各种医疗器械等机电产品中，单片机成本低、体较小、易编程等优点使其成为步进电机的完美搭档，在步进电机的控制系统中，可以实现对转动速度和方向的稳定可靠高效的控制。 3.1
4、基于单片机的步进电机控制系统框架 基于单片机来控制步进电机进行运转的系统是以单片机为核心，配合单片机最小系统的时钟电路、复位电路，来控制步进电机运转。如图 1.所示，为单片机控制步进电机系统框架结构图。 图 1 单片机控制步进电机系统框架结构图 该控制系统中，其中单片机型号为 AT89C51，为整个系统提供控制指令的输出，时钟电路和复位电路为单片机最小系统的所必须的电路，开关控制电路只要是为用户提供外部接口来人为地控制步进电机的状态，3显示电路显示当前步进电机的运行状态，ULN2003 芯片是步进电机的驱动芯片。 3.2 单片机控制系统程序设计流程 使用 P3 端口读取人为的键盘按键的信号，P
5、0 端口控制步进电机的工作模式。 （1）初始化单片机，初始化定时器/计数器，数据传送端口，外围芯片使能以及初始数据赋值 （2）检查步进电机状态，是否处于使能状态 （3）检测 P3 口的状态 a.如果正转按钮被按下，选择较当前定时器的初始数据大的最小值赋值给定时器进行定时（单片机上电是步进电机停止，相当于控制信号频率为 0，定时时间无穷大） ，然后发送信号将步进电机使能，并启动定时器开始计时。 b.如果加速按钮被按下，选择较当前定时器的初始数据小的最大值赋值给定时器进行定时，并启动定时器开始计时。 c.如果减速按钮被按下，选择较当前定时器的初始数据大的最小值赋值给定时器进行定时，并启动定时器开始
6、计时。 d.如果停止按钮被按下，停止定时器/计数器工作，停止改变连接步进电机端口值，并将步进电机使能端无效。 e.如果反转按钮被按下，检查当前定时器定时是否处于较小值，如果值较小，先停止定时器/计数器工作和改变端口值，然后发送控制信号为步进电机提供正序换相通电，并判断 P0.0 是否为 0，如果不是，将其4赋值为 0，再启动定时器/计数器工作。 （4）当定时器定时结束时，将当前连接步进电机的端口的值取反。 3.3 步进电机工作流程 根据上述单片机程序流程，可以知道步进电机控制系统的工作流程。当单片机和步进电机的电源开关打开后，会看到“停止”的指示灯亮；当按下正转开关，然后按下加速开关后， “停
7、止”指示灯熄灭， “正转”指示灯亮，步进电机按照较小的速度运转；然后继续按下加速，步进电机速度加快，当多次按下加速按钮后，步进电机不再加速，而是保持一个较高的速度运转；按下“减速”按钮，步进电机速度减慢；继续按下“减速”按钮，步进电机速度继续减慢直到停止运转；按下“反转”按钮， “正转”指示灯熄灭， “反转”指示灯亮；按下“加速”开关，步进电机运转速度增加；按下“减速”开关，步进电机运转速度减小。 4 总结 单片机控制步进电机工作，主要是根据步进电机的工作特性，按照人为的意愿来编写程序代码，并通过一定的驱动电路或者芯片来驱动步进电机工作。当然，在实际的开发中还有很多细节应该注意，比如在步进电机反转时要求此时转速较小，以免破坏步进电机等，从而使单片机提供稳定的信号来控制步进电机运转。 参考文献： 1顾永南.基于 PLC 的步进电机控制方法分析J.电源技术应用.2013（10） 2赵敏，刘新妹，李晓飞.步进电机变速控制系统的设计J.可编5程控制器与工厂自动化.2013（12） 3马丽.基于单片机步进电机的控制系统设计J.黑龙江科技信息.2013（24） 4许宏福，陈勇志，姚敏，谢光奇.步进电机的单片机智能化控制J.中国现代教育装备.2011（21）
