基于单片机的步进电机控制系统设计

基于单片机的步进电机控制系统设计摘要：本文介绍的是一种基于单片机的步进电机的系统设计，用汇编语言和C语言编写出电机的正转、反转、调速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片ULN2001以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用LCD液晶显示器显示出来。本文内容介绍了步进电机以及单片机原理、该系统的硬件电路、程序组成，同时对软、硬件进行了调试，同时介绍了调试过程中出现的问题以及解决问题的方法。该设计具有思路明确、可靠性高、稳定性强等特点，通过调试实现了上述功能。关键词：步进电机；脉宽调制；驱动机构；单片机；转动1引言步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。2步进电机的工作原理步进电机的工作就是步进转动，其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或是直线位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进一步。步进电机的角位移量与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率（f）成正比，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。3方案设计与其它的微处理器一样，开发步进电机驱动系统控制程序也需要一套完整的软件和硬件开发工具。近年来，随着以51单片机为内核的单片机的不断发展和普及，国外的一些公司纷纷推出了以51单片机为基础的集成开发环境。本次设计选用的单片机是AT89C51。如图1所示的步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1为电感-电阻串联电路及其电流波形。4结论采用单片机作为控制核心，利用其强大的功能，把按键电路和LCD显示电路，电机驱动电路有机的结合起来，组成一个操作方便，交互性强的简单系统；在本设计中作为电机正常工作比较重要的电机驱动模块，本设计中是采用驱动芯片ULN2001来实现的，其特点是成本低，可靠性高，出现问题容易维护，实现相对容易等特点；在电机工作模式上本设计实现了电机的四相八拍种脉冲控制方式。参考文献[1]张友德.单片微型机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，2005.[2]李夙.异步电动机直接转矩控制[M].北京：机械工业出版社，1998.[3]王鸿钰.步进电机控制入门[M].上海：同济大学出版社，1990.[4]房玉明，杭柏林.基于单片机的步进电机开环控制系统[J].电机与控制应用，2006，33（4）：64-64.[5]孙笑辉，韩曾晋.减少感应电动机直接转矩控制系统转矩脉动的方法[J].电气传动，2001，11（1）：8-11.[6]冯江华，陈高华，黄松涛.异步电动机的直接转矩控制[J].电工技术学报，1999，4（6）：29-33.作者简介王维传，邵阳学院电子科学与技术专业学生。