基于单片机的步进电机控制电路设计研究

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翻新时间：2023-05-30

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基于单片机的步进电机控制电路设计研究

1引言

步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机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、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点。

2硬件设计要求及原理

2.1 设计要求

2.2 电气接口要求

2.2.1 输入信号

2.2.2 输出信号

两相步进电机绕组接口：绕组A接：A+，A-;绕组B接：B+，B-。

2.3 硬件设计原理

3软件设计

3.1 控制脉冲的设计

根据PX243四拍驱动时序图，得P0.0～P0.3引脚输出控制脉冲时序图。任一连续四个脉冲组成一个周期时间为T，其中一个脉冲的时间为ts，步进电机转过1.8度。改变脉冲输出顺序即可改变电机的转向，改变ts即可改变其转速。

本次设计是利用AT89C51内部的定时器0来对ts实现精确控制，并且采用中断方式提高了单片机的工作效率。该设计为循环中断过程，每进入一次中断：

P0赋值一次，即可改变脉冲一次;TH0，TL0赋值，即可改变ts值，从而精确控制电机转速;这边引入变量i，可看成是脉冲数。200个脉冲为一圈，给i赋值即可控制电机转的圈数;判断dir的值，给P0赋不同的值，可控制电机转向。

3.2 定时中断子程序编写

单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。

4结语

本文提出并实现的步进电机均匀细分驱动器，最高细分达到64，能适应大多数中小微型步进电机的可变细分控制、较高细分步距角精度、及平滑运行等要求。细分驱动器的系统功能完善，大量新型元器件的采用，使所设计的驱动器具有体积小、细分精度高、运行功耗低、可靠性高、可维护性强等特点。系统软件功能丰富，通用性强，从而使控制系统更加灵活，具有很高的推广价值和广阔的应用前景。