基于单片机控制的步进电机控制器

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1、基于单片机控制的步进电机控制器应教054丁敬坤摘要：本系统由单片机系统、显示系统、驱动系统和步进电机组成。通过按键来控制单片机，通过P1口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，使步进电机的转向与转速发生变化，达到对电机控制的目的。该设计具有结构简单、可靠性高、使用方便、可以实现较复杂的控制、具有较大的灵活性和适应性等特点。关键词：步进电机单片机AT89C511引言微型计算机的出现给人类生活带来了根本性的变化，使现代科学研究发生了质的飞跃，单片机技术的出现给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。同时，随着科技技术的快速发展进步，在工

2、业过程控制及某些仪表中，经常会用到步进电机，其精度高，具有快速起/停能力，可对位移量、旋转角和转动速度等进行高精度控制，作为控制执行部件而广泛应用于自动控制领域和精密机械领域，从而实现对生产过程或设备的精确控制。本设计主要是设计一个由单片机控制的步进电机调速系统，操作者可通过系统的按钮和开关控制步进电机的旋转速度和方向，正反转速度要求变化，同时为了可以直观的看出电机的运行状态，其速度档位和旋转方向可以在数码管上显示出来。2总体设计方案2.1、设计思路根据步进电机的工作原理可以知道，如果通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电路。就可以控制电

3、机的转动。转动的角速度大小与施加的脉冲频率成正比，而转动的方向则与脉冲的顺序有关。常用的步进电机有三相、四相、五相和六相，相数越多，输出转距就越平稳。2.2、单片机简介单片计算机即单片微型计算机。（Single-ChipMicrocomputer）,是集CPU,RAM,ROM,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。他体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产品和工业自动化上。而51单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。2.3、步进电机步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），步进电动机又称为脉冲电机，是工业过程

4、控制和仪表中一种能够快速启动、反转和制动的执行元件，其功用是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移，由于在开环下就能实现精确定位的特点，使其在工业控制领域获得了广泛应用。步进电机的运转是由电脉冲信号控制的，其角位移量或线位移量与脉冲数成正比，每给一个脉冲，步进电机就转动一个角度（步距角）或前进/倒退一步。步进电机旋转的角度由输入的电脉冲数确定，所以，也有人称步进电动机为数字/角度转换器。112.3.1、四相步进电机的工作原理该设计采用了20BY-0型步进电机，该电机为四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序

5、通电，就能使步进电机步进转动。当某一相绕组通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，则转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转的原因。2.3.2、四相步进电机的脉冲分配规律目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计利用单片机进行控制，主要是利用软件进行环形脉冲分配。四相步进电机的工作方式为四相单四拍，双四拍，和四相八拍工作的方式。各种工作

6、方式在电源通电时的时序与波形分别如图1a、b、c所示。本设计的电机工作方式为四相单四拍，根据步进电机的工作的时序和波形图，总结出其工作方式为四相单四拍时的脉冲分配规律，四相双四拍的脉冲分配规律，在每一种工作方式中，脉冲的频率越高，其转速就越快，但脉冲频率高到一定的程度，步进电机跟不上频率的变化后电机会出现失步现象，所以脉频率一定要控制在步进电机允许的范围内。图1步进电机工作时序波形图表1四相单四拍脉冲分配表表2四相双四拍脉冲分配表2.4、方案论证从该系统的设计要求可知，该系统的输入量为速度和方向指示，速度应该有增减变化，通常用加减按钮控制

7、速度，这样只要2根口线，再加上一根方向线和一根启动信号线共需要4根输入线。系统的输出线与步进电机的绕组数有关。这里选用的是国产20BY-0型步进电机，它使用+5V直流电源，步距角为18度的四相步进电机，该电机共有4相绕组，工作电压为＋5伏，可以和单片机共用一个电源。步进电机的4相绕组用P1口的P1.0~P1.3控制，由于P1口驱动能力不够，因而用一片2003增加驱动能力。用串口输出方式显示，外接串并转换芯片74LS164可以实现静态显示，减少了软件开销，同时只占两根口线，串口P3.0、P3.1外扩两片74LS16411串并转换芯片即可满足

8、显示要求，选用共阳接法的数码管。2.5、设计框图驱动电路AT89C51单片机电机控制输入电路最小系统电机状态/转速显示电路图2总体设计框图3设计原理分析3.1、硬件设计本设计的硬件电路主要包括