基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计

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1、工业自动化．基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计上海电器技术（２００８№．４）基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计张保许艳玲朱红永许骥海军蚌埠士官学校摘要：设计采用了ＡＴ８９Ｓ５２单片机对步进电机进行控制，主要介绍了步进电机控制器的基本电路设计，编写了驱动程序，并实现了与ＰＣ机的连接。关键词：单片机步进电机控制系统通信设计ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍａｂｏｕｔＳｔｅｐ・——ｍｏｔｏｒａｎｄＳｅｒｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐＡｂｓｔｒ

2、ａｃｔ．ＴｈｅｄｅｓｉｇｎｕｓｅｓＡＴＭＥＬ８９５５２ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｓｔｅｐ—ｍｏｔｏｒ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆ，ｂａｓｉｃｃｉｒｃｕｉｔａｂｏｕｔｓｔｅｐ—ｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎ￥ｕｃｃｅｅｄ８ｉｎｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐａｎｄＰＣ．ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｏｆＫｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｓｔｅ

3、ｐ—ｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ的转动，从而使工件转到相应的位置，同时能够使系０前言步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移的机电控制元件，即控制执行部件，也是机电一体化的关键部件之一，广泛应用于各种自动化控制系统与精密机械等领域。步进电机和普通电机的区别在于脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。尽管步进电机在控制的精度、速度变化的范围、低速性能等方面不如传统的闭环控制的直流伺服电动机，但在精度不需要特别高的场

4、合就可以使用步进电机，可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。因此，随着数字化技术的发展以及步进电机自身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到广泛应用。本文运用ＡＴ８９Ｓ５２单片机，实现了对步进电机的数字控制，同时将步进电机的脉冲信号通过串口输出，被ＰＣ所接收，从而控制整个系统。统调速方便。设计中利用串口通信，可以实现单片机与ＰＣ机的连接。将步进电机的转速分为１０级，每控制一次，转速加一级或者减一级，转速也跟着变化，并将基数显示出来。总体方案的结构框图如图１所示。由１系统总体方框图２步进电机的控制原理

5、步进电机是纯粹的数字控制电动机。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号时，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到精确定位的目的；同１总体方案设计在本设计系统中，主要控制步进电机带动工件时，通过控制脉冲频率来控制电机的转动速度与加速度，达到调速的目的。—．４７．．万方数据上海电器技术（２００８№．４）基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计・工业自动化步进电机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。其基本控制作用如下：１）控

6、制换相顺序步进电机的通电换相顺序严格按工作方式进行。通常，我们把通电、换相这一过程称为脉冲分配。例如，四相步进电机的四相八拍工作方式，其各ＢＣＤＤ—ＤＡ（正转）或ＤＡ—Ｄ—ＣＤ—Ｃ—ＢＣ—Ｂ—ＢＡ—Ａ（反转）。通电、控制脉冲必须严格这一顺序分别控制Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ相的通电和断电。２）控制步进电机的转向如果按给定的工作方式正序通电、换相，步进电机就正转；按反序通电、换相，步进电机就反转。３）控制步进电机的速度由于给定步进电机一个控制脉冲，它就转一步，再发一个控制脉冲，就会再转一步，两个脉冲的间隔时间越短，步进电机

7、就转得越快。因此脉冲的频率决定了步进电机的转速。调整单片机发出脉冲的频率，就可以对步进电机进行调速。３控制器的基本控制电路振荡器及时钟电路。系统中，单片机的主要作用是接收键盘设定值，显示转动速度，同时还具有串行通信功能。当单片机发出脉冲信号的同时，ＰＣ机进行接收，以便对信号进行处理。单片机通过Ｐ１．０口提供控制步进电机的时序脉冲，以控制步进电机的运行。系统采用软件来完成脉冲分配，就可根据系统应用的需要，方便灵活地改变步进电机的控制方式。４单片机的控制程序单片机的控制程序主要有主控制程序、键处理程序（加速程序

8、、减速程序、点位控制程序）、显示驱动程序和串口通信监控程序。细分驱动主控制程序控制整个程序的流程，主要完成程序的初始化、中断方式的设置、计数器工作方式的设置及相关子程序的调用等。该主控制程序流程图如图３所示。部分控制程序如下：Ａｅｒａｔｅ、ｄｅｒａｔｅ、ｓｉｎｇｌｅ接到Ｐ２口上，分别表示加速、减速、单圈控制，低电平有效；ｓｔａｇｅ表示级数；ｅｎ控制步进电机使能信号，高电平有效；ｃｐ控制步进电机转速信