基于单片机的步进电机控制系统.pdf

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1、第21卷第1期宁德师专学报(自然科学版)Vo1．2lNo．120o9年2月JournalofNingdeTeachemCoUege(NaturalScience)Feb．20o9基于单片机的步进电机控制系统陈石龙(宁德师范高等专科学校现代教育技术室，福建宁德352100)摘要：采用基于AT89C51单片机为核心，包括系统硬件设计和系统软件设计，来实现对步进电机的控制．系统为一自动控制系统，通过按键向单片机输送控制信号，控制步进电机的转速和正反转，以及控制悬挂物体在做自行运动．采用AT89C51单片机指令系统进行编程来实现软件部分．经测试，系统能实现上述功能．关键词：A

2、T89C51；步进电机；控制系统中图分类号：TP368．1文献标识码：A文章编号：1004—2911(2009)01—0016-04在电气时代的今天，电动机一直在现代的生产和生活起着十分重要的作用．据资料统计，现在有90％以上的动力源来自于电动机，我国生产的电能大约有60％用于电动机．电动机与人们的生活密切相关．步进电动机作为机电一体化的关键产品之一，是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机．其最大特点是“数字性”，在控制器的推动下运转一个角度，称为一步或步矩角，非常适合微机和单片机控制．随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在国民经济各个领域都有

3、应用．鉴此，设计开发了一种基于单片机的步进电机控制系统．1设计方案本控制系统采用ATMEL公司MCS一51系列单片机AT89C51作为微处理器．AT89C51内部有4K的可编程EPROM、128字节的RAM(其中有l6个字节既可以作一般的RAM单元使用，又可对128位进行位操作)、21个特殊功能寄存器、2个16位的定时计数器以及一个全双工串行口，对外有4个端口、32条I／O线，它们都具有位寻址功能，使用非常方便．系统采用的步进电机为QH4-4119型两相永磁式步进电机，每相线圈的电阻约为70Q．笔者采用单电压驱动电路来驱动步进电机，在本质上它是一个简单的反相器．该驱动

4、电路一般适用于小功率步进电动机的驱动．本设计中的步进电机都是小功率的步进电动机，通过对软件的控制来改变步进电机的转速大小和正反转向的要求．电源电路采用单路固定稳压电源电路，并提供给硬件电路工作电源．使用加速键、减速键、启停键、正反转键、运动键控制步进电机．其整体框图如图1所示．2硬件结构2．1电源部分2．1．1工作原理将外界低压交流电通过4个二极管组成的整流桥进行整流，并通过电容滤波，最后经稳压器7812、7805稳压输出+12V、+5V的直流稳压电源．由于稳压器7812所能承受的电压范围为15～45V，暮臣口一—匝———一l茧{I最佳输入电压取值为15～20V，所以

5、选择比图1步进电机控制系统整体框图较适合的15V交流电作为输入电源．硬件收稿日期：2O09—02—1O．作者简介：陈~(1984一)，男，见习助理工程师，福建福安人，现从事高校现代教育技术工作及研究．E-mail：shilong1984@yahoo．corn．cFI第1期陈石龙：基于单片机的步进电机控制系统·17·电路工作原理图见图2．70p,F／2V图2硬件电路原理图2．1．2参数计算根据整流桥特性RC>10ms，R=了U为负载电阻)，所以CI>．1U本设计使用的步进电机型号为QH4—4ll9，将两组线圈的中间抽头对接起来，形成四相线圈，每相线圈的电阻约为35Q．按

6、本设计的驱动电路计算，电路正常工作时流经每相的电流约为200mA(计算方法参照步进电机驱动电路的参数计算)，设计中用的步进电机共为四相，所以流经整流桥后端、供电极工作的电流要求最少为1。2A，再加上后端控制电路的电流，估计输入电流应大于1．4A．这样可算得C1至少要4901xF．为了安全起见，本设计设置C1为10001xF／25V．2．2显示部分显示部分采用单片机AT89C51控制七段BCD数码管驱动器CD4511．芯片AT89C5l的引脚P2．3～P2．O输出数值至CD4511的A~D输入端口，经过CD451l译码后，在四位数码管上输出显示．通过单片机AT89C51

7、控制其P2．4，P2．5，P2．6，P2．7的引脚电平，来选择对应的数码管的输出显示．数码管采用动态扫描方式显示，LED的显示时间选择在10～25ms均可，扫描频率不能太高，否则，每位LED显示的时间过短，亮度太低．2．3步进电机驱动部分2．3．1步进电机的结构步进驱动器接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的．可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的．步进电机可以作为一种控制用的特种电机