浅析单机片的步进电机控制系统的研制

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1、浅析单机片的步进电机控制系统的研制摘要：AT89S51单机片是步进电机的控制系统的主要构成核心。该系统设计步进电机驱动电路、键盘与显示电路，并对系统的软件进行了一定的编写。通过对步进电机调节并发送步进脉冲个数可以实现精确的定位，且通过对步进电机调节并发送脉冲频率可以实现速度的调节。在显示屏的提示下可以由键盘输入运行的步数和稳定的速度来完成操作。　　　　所谓步进电机实质上就是一种将电脉冲信号转变为相应的角位移或直线位移的机电执行元件。由触发器产生控制脉冲的控制方法是传统的步进电机控制方法，它是随着步进电机参数的变化而变化，当电机参数发生变化时，需要重新完成新的控制设计。而且传统的触发器

2、构成的控制系统具有控制电路复杂、控制精度低、生产成本高。目前，一种新的控制系统的出现打破了传统控制器的缺点，更能满足当今工业生产新的控制要求，这种新的控制系统是以微电子芯片为控制核心，以电力电子功率变换器为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的控制系统已经广泛应用于数字控制系统中。如今，各领域步进电机延伸到了各个范围，高精度的定位，高时监控的步进电机控制系统已经具有重要的意义和实用价值。　　1系统原理　　AT89S51单片机及单片机工作外围的电路和放大电路是步进电机控制系统的主要组成部分。该系统主要采用8155作为AT89S51单片机的扩展I/O口来连接键盘和LED显示器。将步进电机

3、的A、B、C三相绕组与单片机的P1.0、P1.1、P1.2相连。单机片的控制信号经信号放大驱动电路输出到步进电机绕组就可以驱动步进电机运转。在LED显示器的提示下，由键盘输入步进电机的步数和速度来完成相关操作。　　2系统的硬件构成　　2.1步进电机的驱动电路设计　　控制步进电机的通道实质上就是系统的输出通道，输出通道的控制端口是AT89S51的P1口，它是由采用三相六拍的步进电机进行并行控制需要单片机P1口中的三位P1.0、P1.1、P1.2，分别接三相步进电机的A、B、C三相。单片机通过软件控制会构成一种环形分配器，当功率放大时选用单电压功率放大电路。当单片机I/O口输出为1时，经

4、过反相器74LS14转换后电压将会变低，二极管将会不发光，从而将会让三级管不发光，电机绕组将会不通电，反之单片机I/O口输出为0时，经过反相器74LS14转换后电压将会变高，三极管通电，电机绕组将会通电。在电机驱动电路与单片机之间加入光电隔离，将会使减少步进电机的电压和单片机控制系统的电压之间的影响，有一定的抗干扰能力，还能对单片机有一定的保护。电阻起着限流的作用，二级管让电机绕组产生的反电动势在通过续柳二极管时将会衰减掉，从而进一步保护了步进电机，同时也保护了功率的正常使用。在外接电阻并联一个200μF电容，可以大大地提高步进电机的高性能。在二级管串联一个200Ω电阻也可以让电流的

5、下降时间变小，也可以大大地提高高频工作性能的作用。　　2.2键盘电路设计　　键盘有许多功能操作，如：参数设定、正/反转和启动、停止等。在输入步进电机的速度和步数的时候要按键输入数值以传人参数。要设置相应的按键和开关功能键才能实现系统的启动、停止和正、反转。　　2.3显示电路设计　　以发光二极管LED作为显示器，单片机I/O扩展向芯片8155可以对LED数码管进行点亮。在点亮LED数码管之前将数字码抓换为笔划信息。8155A的PB0～PB7作为段选码口，与LED的段相连。8155的PA4～PA7和PC4作为位选码口，与LED的位相连。在扫描过程中的某一瞬间，让某一位的字位线处于选通的状

6、态，而其它的字位线则处于断开状态。同时，字段线上输出相应位要显示字符的段选码。这样在每一瞬时，5位LED中只有选通的那一位LED显示出字符，而其它4位则是熄灭的。同样，在下一瞬时，只显示下一位LED。如此继续，等5位LED都依次显示完毕后，循环进行。　　3系统的软件设计　　系统的软件设计包括：主程序、中断子程序、键盘子程序、显示子程序、报警子程序、步进电机控制子程度。系统通电后，对系统进行初始化，扫描键盘，使最低位LED显示器归为“0”，提示可以输入相关数据。在这个时候按下输入参数键，可以输入参数，将会对连续的输入数值进行一定的处理，通过对键盘的一系列设置，如：按下一次正/反转键，变

7、量值将会改变一次，即每按一次正/反转键，系统将会在相互之间进行转换。在待机的状态下连续按两次参数键，LED显示器上显示出输入的参数值，以便用户查询输入的参数是否正确。　　4结论　　单机片的步进电机系统成功实现了键盘输入运行参数、启动、停止等操作。步进电机的升降速控制避免了直接启动时该速度超过极限启动频率不能正常的启动，且可能会发生丢步或停止运行的情况。改系统设计的步进电机单片机控制系统将会大大地改善步进电机的运行稳定性，减少驱动器的体积，增强了抗干扰能力，