王維傳 彭森

摘 要：本文介紹的是一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計，用匯編語言和C語言編寫出電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速、停止程序，通過單片機(jī)、電機(jī)的驅(qū)動芯片ULN2001以及相應(yīng)的按鍵實現(xiàn)以上功能，并且步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)要用LCD液晶顯示器顯示出來。本文內(nèi)容介紹了步進(jìn)電機(jī)以及單片機(jī)原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時對軟、硬件進(jìn)行了調(diào)試，同時介紹了調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題以及解決問題的方法。該設(shè)計具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過調(diào)試實現(xiàn)了上述功能。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；脈寬調(diào)制；驅(qū)動機(jī)構(gòu)；單片機(jī)；轉(zhuǎn)動

1 引言

步進(jìn)電動機(jī)是用電脈沖信號進(jìn)行控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動機(jī)，它最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非?？尚校虼嗽诖蛴C(jī)等辦公自動化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)的需求量與日俱增，研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。

2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動，其功用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移，就是給一個脈沖信號，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度或是前進(jìn)一步。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與脈沖數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率（f）成正比，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。

3 方案設(shè)計

與其它的微處理器一樣，開發(fā)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制程序也需要一套完整的軟件和硬件開發(fā)工具。近年來，隨著以51單片機(jī)為內(nèi)核的單片機(jī)的不斷發(fā)展和普及，國外的一些公司紛紛推出了以51單片機(jī)為基礎(chǔ)的集成開發(fā)環(huán)境。本次設(shè)計選用的單片機(jī)是AT89C51。

如圖1所示的步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。圖1為電感-電阻串聯(lián)電路及其電流波形。

4 結(jié)論

采用單片機(jī)作為控制核心，利用其強(qiáng)大的功能，把按鍵電路和LCD顯示電路，電機(jī)驅(qū)動電路有機(jī)的結(jié)合起來，組成一個操作方便，交互性強(qiáng)的簡單系統(tǒng)；在本設(shè)計中作為電機(jī)正常工作比較重要的電機(jī)驅(qū)動模塊，本設(shè)計中是采用驅(qū)動芯片ULN2001來實現(xiàn)的，其特點(diǎn)是成本低，可靠性高，出現(xiàn)問題容易維護(hù)，實現(xiàn)相對容易等特點(diǎn)；在電機(jī)工作模式上本設(shè)計實現(xiàn)了電機(jī)的四相八拍種脈沖控制方式。

參考文獻(xiàn)

[1] 張友德. 單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實驗[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社， 2005.

[2] 李夙. 異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1998.

[3] 王鴻鈺. 步進(jìn)電機(jī)控制入門[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社， 1990.

[4] 房玉明， 杭柏林. 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用， 2006， 33（4）： 64-64.

[5] 孫笑輝，韓曾晉.減少感應(yīng)電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動的方法[J].電氣傳動，2001， 11（1）： 8-11.

[6] 馮江華，陳高華，黃松濤.異步電動機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制[J].電工技術(shù)學(xué)報，1999， 4（6）： 29-33.

作者簡介

王維傳，邵陽學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生。