1、基于 LabVIEW 的步进电机控制时间：2012-06-08 11:58:30 来源：现代电子技术 作者：庄瑞荣，吴先球摘要：为了实现 PC 机对步进电机的自动调节，设计了基于虚拟仪器技术的步进电机控制方案。系统采用 L298N 芯片进行驱动，以 LabVIEW 作为开发平台，并通过串口实现数据通信。结果显示，该系统能够很方便地实现步进电机的转速转向控制，而且利用虚拟仪器开发平台 LabVIEW 编写上位机程序，具有编程简单，控制界面友好，程序可移植性强的特点。关键词：步进电机；串口；LabVIEW；VISA步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。它在在工业自动化控制、数控
2、机床、机器人等领域有着广泛的应用。在远程实验系统中，经常有需要利用步进电机对一些旋钮、位置等进行自动调节。本文设计了基于虚拟仪器技术的步进电机控制方案。该方案采用虚拟仪器控制步进电机，编程简单，界面友好，易于更改程序功能，控制灵活性得到了提高。1 步进电机工作原理步进电机按其力矩产生原理可以分为反应式、永磁式和混合式几种。本文采用的是反应式二相四线步进电机，定子有两个线圈绕组，设其中一个线圈绕组为 A 相，另一个线圈绕组为 B 相。当给 A 相绕组通电时，该绕组即产生磁场，转子齿与 A 相绕组各齿对齐；当给 B 相绕组通电时，转子齿将与 B 相绕组各齿对齐，这样，转子就旋转了一个角度。依次给
3、A 相、B 相绕组通电，就可以实现步进电机的旋转，改变通电的顺序(即先给 B 相绕组通电，再给 A 相绕组通电)就可以改变电机旋转的方向。另外，由于步进电机是由脉冲信号进行控制的，给电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的时间间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。2 步进电机控制硬件电路21 串行接口电路串行接口电路由 RS 232 串行接口、MAX232 芯片和 AT89S51 单片机三部分构成。其中，RS 232 串行接口用于连接 PC 的 RS 232 串行接口，MAX 232 芯片用于衔接 RS 232 串行接口
4、与 AT89S51 单片机，实现单片机输入输出的串口信息到 PC 的串行接口信息的转换，即AT89S51 单片机信号的 TTL 电平到 RS 232 电平的转换，从而实现二者之间电气特性上的兼容。具体串行接口硬件电路如图 1 所示。22 驱动电路步进电机的驱动电路有多种方案，本文采用芯片 L298N 进行驱动。该芯片是专用驱动集成电路，输出电流大，输出功率强。其输出电流为 2 A，最高电流 4 A，最高工作电压50 V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机、步进电机、电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相连，从而很方便地受单片机控制。采用 L298N 芯片可以直接控制步进电机，并可以实现电机
5、正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。同时，为了避免电机对单片机的干扰，在驱动电路中加入光耦TPL-521，进行光电隔离，从而使系统能稳定可靠的工作。具体驱动电路如图 2 所示。3 步进电机控制程序设计31 下位机程序设计单片机接口程序采用 C51 语言编写。程序中，定义了数组 table1 和 table2，用来存储脉冲信号对应的数据；并定义了一个控制转向的指针 control mode，为该指针赋予不同的值，电机便实现正反转功能。另外，程序中还定义一个速度控制变量 mode，通过 PC 机发送命令字改变速度控制变量的值便可以实现转速的控制。在 main 函数部分，先调用“串口初始
6、化程序”，再调用“控制命令字判断程序”以实现电机的速度和转向控制。main 函数的最后部分将单片机收到的命令字返回给 PC 机，方便观察者查看通信的情况。下面给出main 函数及控制变量的程序段。32 上位机程序设计单片机 PC 的通信是通过单片机的串口和 PC 串口之间的硬件连接实现的。由于LabVIEW 软件简洁直观，功能强大灵活，该设计采用 LabVIEW 编写上位机的控制程序。程序编写涉及 VISA，它的实质是一个标准的 IO 函数库。这些库函数用于编写仪器的驱动程序，完成计算机与仪器间的命令和数据传输，以实现对仪器的程控。在 LabVIEW 里使用 VISA，必须安装 NI-VISA
7、 程序包，安装后，与串口通信相关的 VISA函数位于 FunctionsALL FunctionsInstrurnent IOSerial 子模板上，其中，VISA配置串口函数用于设定一些参数，并将指定的串口按特定设置初始化；VISA 写入函数将“写入缓冲区”的数据写入指定的串口；VISA 读取函数从指定的串口中读取指定字节的数据，并将数据返回至“读取缓冲区”；VISA 关闭函数关闭指定串口的会话句柄或事件对象。本文设计的步进电机控制程序采用上述的通信函数结合事件结构进行编写，并通过程序调试，实现了步进电机的转向和转速控制。程序前面板与程序框图分别如图 3 和图 4 所示。4 结语本文利用图形化编程语言 LabVIEW 编写程序实现了 PC 与单片机的串口通信，并结合单片机外围电路对步进电机进行了转速和转向的控制。实验证明采用 LabvIEW 编写的程序对步进电机进行控制具有人机交互界面友好、编程简单、效率高等特点，并且采用 LabVIEW编写的控制程序移植性较强，可以很方便地被其他程序凋用以构成功能更齐全的程序。
