劉會巧

摘要：步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移的電磁裝置，是一種特殊的電動機。步進電動機具有精確性良好等性能，其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非?？尚?，故在打印機等辦公自動化設(shè)備以及各種控制裝置等領(lǐng)域有極廣泛的應(yīng)用。本文介紹以AT89C51單片機為控制核心所設(shè)計的步進電機的調(diào)速系統(tǒng)，并實現(xiàn)了電機啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速等的功能。

關(guān)鍵詞：步進電機 AT89C51 控制

中圖分類號：TP273.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

1研究背景及內(nèi)容

步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)為角位移的執(zhí)行機構(gòu)，廣泛應(yīng)用于各種自動化系統(tǒng)中。通俗講：步進電機接收一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動固定的角度（即步距角）。可控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度，從而達到調(diào)速的目的。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，步進電動機的需求量與日俱增，制作步進電機控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。本文通過AT89C51單片機實現(xiàn)對步進電機啟停、正反轉(zhuǎn)、加減速的控制。通過單片機、電機驅(qū)動芯片ULN2004及相應(yīng)按鍵實現(xiàn)功能。

2硬件設(shè)計

本文使用的步進電機是步距角為1.8度的四相八拍永磁式步進電機。四相八拍步進電機的通電方式為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。它的工作原理是給一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)動一個角度。步進電機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。

根據(jù)步進電機工作原理可知，實現(xiàn)步進電機的啟停即給電機通電則啟動、不通電則停止，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制即改變電機的通電順序，實現(xiàn)加減速的控制即增加或減小電機的通電頻率。步進電機不能直接接到電源上工作，必須使用步進電機驅(qū)動器，本文采用驅(qū)動芯片ULN2004。

步進電機調(diào)速系統(tǒng)如圖1。其中由P1口連接發(fā)光二極管構(gòu)成顯示部分，實現(xiàn)當(dāng)電機啟動時，二極管依次點亮；當(dāng)電機加速時，二極管加速點亮；當(dāng)電機反轉(zhuǎn)時，二極管反方向依次點亮。由P2.0-P2.3口連接的按鍵構(gòu)成按鍵輸入部分，實現(xiàn)按第一個按鍵啟停電機，按第二個按鍵使電機加速，按第三個按鍵使電機減速，按第四個按鍵使電機反向轉(zhuǎn)動。由P2.4-P2.7口連接的步進電機驅(qū)動器ULN2004構(gòu)成驅(qū)動電路，實現(xiàn)對步進電機的通電控制。

3軟件設(shè)計

本文用AT89C51單片機進行程序設(shè)計。系統(tǒng)分為電機啟停、正反轉(zhuǎn)、加減速部分組成。

按鍵程序用于判斷P2.0-P2.3口的值，當(dāng)P2.0口為0，即按下按鍵后，電機啟動，再次按鍵，電機停止；當(dāng)P2.1為0時，電機加速；P2.2口為0時，電機減速；P2.3口為0時，電機正轉(zhuǎn)，再次按鍵，電機反轉(zhuǎn)。

步進電機轉(zhuǎn)動是由于電機驅(qū)動電路提供了一定相序的電源，首先定義電機驅(qū)動端口sbit R1=P2^4；sbit R2=P2^5；sbit R3=P2^6；sbit R4=P2^7；根據(jù)四相八拍步進電機的通電順序為

A-AB-B-BC-C-CD-D-DA，正轉(zhuǎn)通電子程序為void motorPositive（）

{ if（dir<=0）// dir表示轉(zhuǎn)動方向，1正轉(zhuǎn)，-1反轉(zhuǎn)，0停止

return；

R1=1；R2=0；R3=0；R4=0； delay（currentRestTime）； //A

R1=1；R2=1；R3=0；R4=0； delay（currentRestTime）； //AB

R1=0；R2=1；R3=0；R4=0； delay（currentRestTime）； //B

R1=0；R2=1；R3=1；R4=0； delay（currentRestTime）； //BC

R1=0；R2=0；R3=1；R4=0； delay（currentRestTime）； //C

R1=0；R2=0；R3=1；R4=1 ；delay（currentRestTime）； //CD

R1=0；R2=0；R3=0；R4=1； delay（currentRestTime）； //D

R1=1；R2=0；R3=0；R4=1； delay（currentRestTime）； //DA }

當(dāng)接收到正轉(zhuǎn)按鍵的信息后，調(diào)用電機正轉(zhuǎn)子程序，可實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動。當(dāng)接收到反轉(zhuǎn)按鍵 的信息后，可調(diào)用電機反轉(zhuǎn)子程序，實現(xiàn)電機的反轉(zhuǎn)。

4調(diào)試及總結(jié)

（1）電路板焊好后，檢查電路設(shè)計及元器件焊接是否正確，結(jié)果正確。但發(fā)現(xiàn)步進電機不能正常轉(zhuǎn)動，再次確認(rèn)硬件及程序沒問題，據(jù)步進電機工作原理，電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，四個相序必須正確。經(jīng)幾次試驗，確定電機的四個相序。把電路板重新布線，電機能夠正常轉(zhuǎn)動。實物圖如圖2所示。

（2）步進電機在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等，所以說步進電機調(diào)速系統(tǒng)有著廣闊的市場和遠大的發(fā)展前景。

（3）隨著科技的進步，芯片也在高速發(fā)展，后續(xù)出現(xiàn)更高級的芯片，依據(jù)本文的設(shè)計思路也能實現(xiàn)高級芯片對步進電機的調(diào)速控制。

參考文獻

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