基于单片机步进电机控制系统研究

基于单片机的步进电机控制系统研究

摘要：文章介绍了步进电机的基本结构以及驱动器构成，提出了基于单片机的步进电机的脉冲分配和速度调节方法，给出了脉冲频率调节的实现方法和实用程序，同时还提出了步进电机加减速控制的几种方案及其微机控制。对现实工作中的步进电机控制系统研究具有十分重要的意义，文章中的研究理论，可以对我们的工作内容进行有效的指导，对提高工作质量和效率具有十分重要的作用。希望文章的内容能对今后工作予以正确的指导。

abstract： this paper introduces the basic structure of stepper motor and the composition of the drive， and proposes the pulse distribution and speed regulating methods of stepper motor based on microcontroller. the method and practical program to adjust the pulse frequency is given. at the same time， it puts forward several solutions of acceleration and deceleration control of stepper motor and microcomputer control， which has a very important significance to the stepper motor control system research in the real work. the theory in article， can give effective guidance on the content of our work， and has a very important role to improve the quality and efficiency. i hope the content of the article can provide correct guidance for future work. 关键词：单片机；步进电机；脉冲分配；速度调节；加减速控

制

key words： microcontroller；stepper motor；pulse distribution；speed regulation；acceleration and deceleration control

中图分类号：tm301.2 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）18-0051-03

0 引言

步进电机是开环伺服系统的执行元件，是一种通过电脉冲信号控制相绕组电流实现定角转动的机电元件，与其他类型电机相比具有易于开环精确控制、无积累误差等优点，在众多领域中获得了广泛的应用。目前，步进电机控制方法是多种多样的，它控制功能强，灵活性和适应性好，单片机是介于工控计算机和可编程控制器之间的一种控制器，步进电机有传统的控制方式，也有采用plc进行控制，正逐渐成为步进电机的主要控制装置，因为它具有体积小、重量轻、成本低廉等众多优点，由模拟控制逐渐转变为以单片机为核心的数字控制，是新一代电机的控制方式。

1 步进电机的结构及驱动器构成

环形分配器用来接收来自控制器的cp脉冲，并按步进电机状态转换顺序要求产生各相导通或截止信号，将此信号送入信号放大与处理器加以放大，变成足够大的信号送入推动级。推动级的作用是将较小的信号放大到足以推动功率放大器的输入信号，同时还承担电平转换的任务。功率放大器直接与电动机的各相绕组相连，它接

收来自推动级的信号，控制电动机各相绕组导通或截止。

步进电机反应式步进电机具有力矩/惯性比高、步进频率高、频率响应快、可双向旋转、结构简单和寿命长等特点，基本可分为：反应式、永磁式和永磁感应子式（混合式）三类。反应式步进电机的典型结构如图1所示，可以在计算机应用系统中广泛使用。

2 步进电机的控制系统

单片机系统与步进电机驱动器之间的接口电路如图3所示。此为一种较实用的单片机控制系统，包括一片8031微处理器，一片2732rom程序存储器，一片6116数据存储器，一片8255扩充接口。8031的p1.0～p1.3带一个2716作为步进电机的接口，p1.4～p1.7及p3.0～p3.5作为输入输出的控制线使用。2732有4kb，对于控制一台步进电机的单片机程序够用。6116是2kb的ram，可存储各种数据。8255的pa、pb、pc三个口可作为键盘、显示器等外设接口使用。

2.1 脉冲分配控制利用单片机控制实现脉冲分配的方法有两种：通过单片机的i/o口向驱动电路发出控制脉冲，按给定的通电换相顺序，软件法完全利用软件方式。

图4是用软件代替环形分配器实现脉冲分配的接口示意图。利用8031的p1.0～p1.4这5条i/o线，系统直接向输出口输出对应电动机励磁状态字节，直接控制五相反应式步进电机驱动器的输入信号。

这种方法可以实现电动机励磁状态的转换，系统将状态表的内容

取出送至电动机输出口，主要按照电动机正反转的要求按顺序依次将状态表进行转换，首先需在内存rom中开辟一个区域存储环形分配器的输出状态表。

例如程序存储器从8ff0h开始用十个字节存储五相反应式步进电机五相十拍工作状态表，并设低电平导通，高电平截止，则存储环形分配器输出状态表见表1。

在系统中，仍设一个字节r0作为状态计数器，并按正反转要求执行加1或减1操作，最大计数值为9，则正转程序如下：

cw： inc r0 ；转加1

cjne r0， #10，cw1 ；r0不等于10时正常计数

mov r0， #0 ；r0等于10时清零

cw1：mov a， r0 ；计数值送累加器

mov dptr，#8ff0h；设指针

movx a，@a+dptr ；取出状态

mov p1， a ；送输出口

ret ；返回

2.2 步进电机的速度控制步进电机的速度控制，系统可用两种方法确定步进脉冲的频率，它通过控制单片机发出的步进脉冲的频率或者换相的周期来实现，一种是软件延时法，一种是定时器中断法，从而实现速度调节。

2.2.1 软件延时法。这种方法是通过调用标准的延时子程序，改变两控制字之间延时时间来实现。采用软件延时方法实现速度调节