基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计

振荡器及时钟电路。系统中，单片机的主要作用是 接收键盘设定值，显示转动速度，同时还具有串行通 信功能。当单片机发出脉冲信号的同时，ＰＣ机进行 接收，以便对信号进行处理。单片机通过Ｐ１．０口提 供控制步进电机的时序脉冲，以控制步进电机的运 行。系统采用软件来完成脉冲分配，就可根据系统 应用的需要，方便灵活地改变步进电机的控制方式。
３
ｌ一上唇口开度板；２—堰板微调节杆；３一集团控制联接座；４一传感器；５一固定支架 图４传感器在堰板上的安装示意图
防腐、防潮、防干扰，无需技术维护，故适应各种环 境，控制精度高，调节功能可靠等优点。
实施对造纸机网前箱堰板的调节控制，达到造纸生 产中理想的堰板唇口开度，满足生产工艺的条件和
３结语
控制要求，保证纸品的生产质量。
。
3.学位论文 李海波 单片机对步进电机三相六拍指数规律升降速的并行控制 2003
该文根据步进电机的动力学方程和矩-频特性曲线建立系统的数学模型,采用指数规律的升降速算法,对升降速的过程进行离散处理,用定时器控制发 出脉冲的时间间隔,采用查表和计算相结合的方法实现了步进电机的升降速过程的控制.该系统采用单片机为核心对步进电机进行并行控制.系统的软件设 计由C51语言编程来实现,系统由十一个模块构成,各个模块完成特定的功能.用单片机仿真系统,对该系统的软、硬件进行了调试.该文还设计了检测系统 用于对步进电机转速和步数的检测.最后,该系统可以实现以下功能:在显示器的提示下,由键盘输入运行的步数和稳定运行的速度;由各个功能键控制系统 的运行,按启动键后,步进电机按照输入的步数进行走步;如在运行期间按停止键,则步进电机停止运行.研究表明,采用指数规律的升降速曲线将大大地提 高微机控制步进电机的最高工作频率,大大缩短所需的升降速时间.
5.期刊论文 黄勇.廖宇.高林.Huang Yong.Liao Yu.Gao Lin 基于单片机的步进电机运动控制系统设计 -电子测量
再发一个控制脉冲，就会再转一步，两个脉冲的间隔 时间越短，步进电机就转得越快。因此脉冲的频率
决定了步进电机的转速。调整单片机发出脉冲的频 率，就可以对步进电机进行调速。
３控制器的基本控制电路
控制器的主要控制电路如图２所示。 系统中的串口通信由专用的芯片ＭＡＸ２０２组 成，主要用于系统与ＰＣ机的串行通信。ＣＰＵ电路 由ＡＴ ８９Ｓ５２作为中央处理器，并配以简单的外围电 路组成：同时选用３０ ｐＦ的电容和ｌｋｆｔ组成系统自 动上电复位电路。１１．０５９２ ＭＨｚ晶振与２个３０ ｐＦ 的电容组成了系统的时钟基准电路。由于ＣＰＵ内 部就有存贮器，所以本系统未对其进行存储扩展。 控制键盘由３个独立式按键组成，一个加速、减速及 点位控制按键。选用的是共阳极数码管，可以显示 相应的速度级数。采用的单片机ＡＴ ８９Ｓ５２，具有８ ｋＢｙｔｅｓ Ｈａｓｈ闪速存储器，２５６ Ｂｙｔｅｓ内部ＲＡＭ，３２个 Ｉ／０口线，３个１６位定时／计数器，１个六向量两极 中断机构，一个全双工串行通信接口，同时片内还有
输出，被ＰＣ所接收，从而控制整个系统。
按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲
１ 总体方案设计
个数来控制角位移量，从而达到精确定位的目的；同 时，通过控制脉冲频率来控制电机的转动速度与加
在本设计系统中，主要控制步进电机带动工件 速度，达到调速的目的。
万方数据
—．４７．．
上海电器技术（２００８№．４）
上海电器技术 SHANGHAI ELECTRIC APPLIANCE TECHNOLOGY 2008，(4) 0次
参考文献(3条) 1.何立民 单片机应用系统设计 1993 2.于海生 微型计算机控制技术 1999 3.刘宝廷 步进电机及其驱动控制系统 1997
相似文献(10条)
1.期刊论文 高亮 8051单片机对步进电机的控制及步进电机升降速曲线的设计 -测控技术2002,21(11)
通过传感测控技术的应用，实施对造纸机网前 箱堰板的调节控制。根据控制系统电磁感应的原 理，通过无触点、高精度、重复控制的传感测控技术，
参考文献
［１］上海造纸学会科普工作委员会．制浆造纸工艺［Ｊ］． １９８２，１０（１）：１４９．
（上接第
ＣＮＴｏＯｕｔ（）；／／调用子程序将控制信号通过串 口输出
｝
５ 结语
［２］ 于海生．微型计算机控制技术［Ｍ］．北京：清华大学出 版社，１９９９．
［３］刘宝廷．步进电机及其驱动控制系统［Ｍ］．哈尔滨：哈 尔滨工业大学出版社，１９９７．
基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
张保， 许艳玲， 朱红永， 许骥 海军蚌埠士官学校
由１系统总体方框图
此，随着数字化技术的发展以及步进电机自身技术 的提高，步进电机将会在更多的领域得到广泛应用。
本文运用ＡＴ ８９Ｓ５２单片机，实现了对步进电机
２步进电机的控制原理
步进电机是纯粹的数字控制电动机。当步进电
的数字控制，同时将步进电机的脉冲信号通过串口 机驱动器接收到一个脉冲信号时，就驱动步进电机
组电流恒定，电机运行更加平稳。
完成了C8051F005单片机和UC3717A结合的硬件电路设计，用汇编语言编写直线步进电机定位、匀速往返和加减
速三种运行方式控制程序。实现了对直线步进电机的启停、定位、调速及正反向运行的控制。最后在SLPMU-025A样机上进行了测试，实验结果满足设计
要求。
该驱动控制系统可做为步进电机本体研发的配套设备，通过修改软件参数也可推广应用于其他步进电机的驱动控制，具有较好的应用前景
自动化控制系统与精密机械等领域。步进电机和普
１所示。
通电机的区别在于脉冲驱动的形式，正是这个特点，
步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。尽管
步进电机在控制的精度、速度变化的范围、低速性能
等方面不如传统的闭环控制的直流伺服电动机，但
在精度不需要特别高的场合就可以使用步进电机，
可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。因
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ａｂｏｕｔ Ｓｔｅｐ·——ｍｏｔｏｒ ａｎｄ Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈｉｐ
Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｅｓ ＡＴＭＥＬ８９５５２ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｓｔｅｐ—ｍｏｔｏｒ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
单片机步进电机控制系统通信设计thedesigncontrolsystemaboutstepmotorserialcommunicationbasedsinglechipabstractthedesignusesatmel89552singlechipstepmotorthispapermainlyintroducesthbasiccircuitaboutstepmotorcontrollerdrivingprogramthedesignucceed8singlechipsinglechipstepmotorcontrolsystemcommunicatiodesign的转动从而使工件转到相应的位置同时能够使系0前言步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移的机电控制元件即控制执行部件也是机电一体化的关键部件之一广泛应用于各种自动化控制系统与精密机械等领域
4.期刊论文 郑彧.陈鸿.裴焕斗 基于SPMC75F2413A单片机的步进电机控制方法 -航空科学技术2007(5)
提出了一种基于凌阳SPMC75F2413A单片机的步进电机微步距控制方法.通过单片机10口输出的数据为步进电机的控制信号,信号经微步距两相步进电 机专用驱动器SLA7042M驱动步进电机,实现对步进电机的微步距控制.该控制方法由于减小了步进电机的步距角,从而提高了电机的分辨率.实验表明,该方 法能够满足系统的精度要求.
Ａｅｒａｔｅ、ｄｅｒａｔｅ、ｓｉｎｇｌｅ接到Ｐ２口上，分别表示加
速、减速、单圈控制，低电平有效；ｓｔａｇｅ表示级数；ｅｎ
控制步进电机使能信号，高电平有效；ｃｐ控制步进
电机转速信号。
ｗｈｉｌｅ（（ａｅｒａｔｅ＝＝０）＆＆（ｓｔａｇｅ＜１０））／／加速
信号有效，级数不超过ｌＯ，执行加速 ．
｛ｄｅｌａｙ（２００）；／／键盘延时
围。
在控制策略上，依据直线步进电机力一速特性和动力学方程，推导了直线步进电动机理想的升降速控制曲线，实现了指数规律的升降速控制
，使系统具有良好的动态特性，解决了点位控制中的失步和直线步进电机行程末端的机械冲击问题；采用等幅均匀细分控制技术，有效地克服直线步进
电机低频振动，提高了电机在中、低速运行时的性能，提高了系统的分辨率，减小了噪音；采用具有恒流斩波功能的专用驱动芯片，使直线步进电机绕
Ｂ
ＣＤ Ｄ—ＤＡ
（正转）或ＤＡ—Ｄ—ＣＤ—Ｃ—ＢＣ—Ｂ—ＢＡ—Ａ（反
转）。通电、控制脉冲必须严格这一顺序分别控制
Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ相的通电和断电。
２）控制步进电机的转向
如果按给定的工作方式正序通电、换相，步进电
机就正转；按反序通电、换相，步进电机就反转。
３）控制步进电机的速度
由于给定步进电机一个控制脉冲，它就转一步，
步进电机是一种易于精确控制的电机,由于其良好的性能而受到广泛的应用.其控制方法也多种多样.介绍了8051系列单片机对步进电机的控制方法 ,并且提出和对比了几种步进电机升降速曲线的设计方案.
2.学位论文 刘爱萍 基于C8051F005单片机的两相混合式直线步进电机驱动系统的设计 2007
本课题采用比普通单片机快十多倍的C8051F005单片机，设计了基于C8051F005控制的直线步进电机驱动控制系统，扩大了细分度和速度的可调节范
０前言
的转动，从而使工件转到相应的位置，同时能够使系 统调速方便。设计中利用串口通信，可以实现单片
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角 机与ＰＣ机的连接。将步进电机的转速分为１０级，
位移或直线位移的机电控制元件，即控制执行部件， 也是机电一体化的关键部件之一，广泛应用于各种
每控制一次，转速加一级或者减一级，转速也跟着变 化，并将基数显示出来。总体方案的结构框图如图
，ｂａｓｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｂｏｕｔ ｓｔｅｐ—ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ￥ｕｃｃｅｅｄ８ ｉｎ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｆ
ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ａｎｄ ＰＣ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｓｔｅｐ—ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ
４单片机的控制程序
单片机的控制程序主要有主控制程序、键处理
程序（加速程序、减速程序、点位控制程序）、显示驱
动程序和串口通信监控程序。 细分驱动主控制程序控制整个程序的流程，主
要完成程序的初始化、中断方式的设置、计数器工作 方式的设置及相关子程序的调用等。该主控制程序
流程图如图３所示。
部分控制程序如下：
子程序，调节步进电机间隔时间，控制转速
ｃｐ＝ｐｏｌｅ［ｊ％２］；／／输出步进电机控制信号
｝
，
一４８一
万方数据
工业自动化．基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计
上海电器技术（２００８№·４）
万方数据
圈２控制器的基本控制电路
（下转第５２页）
—．４９．．
上海电器技术（２００８Ｎｏ．４）
传感测控技术在造纸机上的应用与控制·工业自动化
基于单片机的步进电机控制系统具有成本低、 硬件电路简单、控制方便、运行稳定等优点，利用串 口通信，实现了单片机与ＰＣ机的联机。在实际运 行中，未发现片机主程序流程图
｝ ｗｔｅｌｅｄ（ｓｔａｇｅ）；／／调用子程序将级数显示出来
一５２一
万方数据
［１］何立民．单片机应用系统设计［Ｍ］．北京：北京航空 航天大学出版社，１９９３．
ｅｌｌ＝１；／／步进电机使能
ｓｔａｇｅ＋＝１；／／级数加１ ａｅｒａｔｅ＝１；／／ｈｌ速信号置０
ｗｈｉｌｅ（（ａｅｒａｔｅ＝＝１）＆＆（ｄｅｒａｔｅ＝＝１）＆＆（ｓｉｎｇｌｅ
＝＝１）＆＆（ｓｔａｇｅ＜１０））／／没有控制则继续原速转动 ｛
ｆｏｒ（ｊ＝０；ｊ＜２；ｊ＋＋） ｛
ｔｉｍｅ（ｄ［ｓｔａｇｅ一１］，ｔｈ［ｓｔａｇｅ一１］）；／／调用定时
基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计·工业自动化
步进电机的驱动电路根据控制信号工作。在步
进电机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。
其基本控制作用如下：
１）控制换相顺序
步进电机的通电换相顺序严格按工作方式进
相通电的顺序为Ａ…ＡＢ ＢＣ…Ｃ 行。通常，我们把通电、换相这一过程称为脉冲分
配。例如，四相步进电机的四相八拍工作方式，其各
工业自动化．基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计
上海电器技术（２００８№．４）
基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计
张保许艳玲朱红永许骥 海军蚌埠士官学校
摘要：设计采用了ＡＴ ８９Ｓ５２单片机对步进电机进行控制，主要介绍了步进电机控制器的基本电路设计，编写 了驱动程序，并实现了与ＰＣ机的连接。 关键词：单片机步进电机控制系统通信设计