步进电机驱动的实现方法
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表等领域。 ３步进电机驱动方法及软硬件实现
步进电机驱动的组成包括变频信号源、脉冲分配
收稿日期：２００４～０７—２０ 收修改稿日期：２００４—０８—０８
万方数据
６２
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
Ｎｏｖ．２００４
由０ １方式分配变化的时问延时来确定。
墨
读开关状态
置转速常数
ｔｕａｔｏｒ
ｄｅｅｐｅｒ
ｕｓｅ．Ｓｔｅｐｐｅｒ
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ｐｒｅｓｅｎｔ－
ｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｍｅｔｌｌｏｄ
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ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｃｕｌｉａｒｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ
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图３程序流程框图 芏！兰
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４结束语
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２ ３
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步进电机驱动系统，在当今信息社会Ｅｔ趋重要， 电脑外围的一些装置更是不可缺少，如磁盘机、打印 机、绘图机等，又如ＣＮＣ机，机械人，仪器、仪表等各种 信息工业产品中，都以步进电机作为其传动的重心。
延时
图２步进电机连接图
置输出口地址
Ｎ
３．３软件设计 编程采用查表法来实现，首先将步进电机通电方 式运行逻辑数据列成表格，存入计算机指定内存，并 设置数据指针，指针自动向下移动或向上移动一组数 据，使步进电机按规定的通电励磁方式运行。步进电 机通电方式数据表格如表１。
表１通ห้องสมุดไป่ตู้方式数据
逆转 正转 芏！圣 芏！兰 ！！坠 芏！！ ￡！兰 尘！
步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优 点，因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。与其 他驱动元件相比，有明显优点：通常不需要反馈就能 对位移或速度进行精确控制；输出的转角或位移精度 高，误差不会积累；控制系统结构简单，与数字设备兼 容，价格便宜。因此，虽然直流电机伺服系统、交流电 机伺服系统在计算机控制系统中被普遍地使用，但步 进电机仍广泛用于简易数控机床、送料机构、仪器、仪
引言
器和功率放大器３部分，如图１所示。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的机电 执行元件。每外加一个控制脉冲，电机就运行一步， 故称为步进电机或脉冲马达。通俗一点讲：当步进电 机接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的 方向转动一个固定的角度（步进角）。可以通过控制 脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目 的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速 度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作 为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精 度为１００％）的特点，广泛应用于各种开环控制。
［３］马兴义，杨立群．Ｍａｔｌａｂ ６应用开发指南．
万方数据
注：输入为阶跃信号；允许相对误差ｌ ｒｌ≤５％
其仿真功能可以直接对参数的配置效果进行仿真，以 图形输出、便于评价，所以这种方法可以有效地指导 传感器设计。
参考文献 ［１］黄俊钦．静、动态数学模型的使用建模方法．北京：机械工业出版
社．
［２］
徐科军．传感器动态特性的实用研究方法．合肥：中国科学技术大 学出版社，１９９９．
参考文献 ［１］吴金戌，沈庆阳，郭庭吉．８０５１单片机实践与应用．北京：学苑出版
社，１９９３．
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程序流程图如图３所示。 ３．４功率放大器 功率放大器又称驱动电路，其作用是将脉冲发生 器的输出脉冲进行功率放大，给步进电机相绕组提供 足够的电流，驱动步进电机正常工作。对功率放大器 的要求包括：能提供足够的幅值；前后沿较陡的励磁 电流；功耗小，效率高；运行稳定可靠，便于维修而且 成本低。 （上接第６０页）计工作移到计算机上完成，可省去每一 次参数配置的实现以及传感器性能的繁琐测试工作；
表１仿真结果
［２］陈宝江，翟涌，张幽彤，等．ＭＣＳ单片机应用系统实用指南．北京： 机械工业出版社，１９９７． ［３］ 钟约先，林亨．机械系统计算机控制．北京：清华大学出版社，
２００】．
下期要目预告
＊光纤电压传感器传感头的设计 ＊互补偿型光纤双向应变——位移点式传感器 ＊薄膜工艺制备乳酸传感器 ＊ＰＴＣＲ欧姆接触电极制备方法现状 ＊一种集成便携式硝酸盐浓度快速检测仪 ＊一种基于ＰＣ／１０４的柴油机快速检测仪 ＊用于挡水闸门的智能型明渠流量计的研制 ＊基于虚拟仪器的测量分析系统 ＊基于虚拟仪器技术的光栅位移测量系统 ＊基于ＰＬＣ自由口通信的应用 ＊扫频谐振式电磁波浓度计的研究 ＊基于ＴＩＮＩ的嵌入式数字图像采集系统 ＊基于ＡＴ８９Ｃ５１的温度采集控制系统设计 ＊ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线智能从站通信协议研究 ＊ＶＸＩ总线模块的中断研究
２步进电机的特点
图１步进电机驱动的组成框图
３．１变频信号源 变频信号源是一个脉冲频率能由几Ｈｚ到几十 ｋＨｚ连续变化的脉冲信号发生器，常见的有多谐振荡 器和单结晶体器构成的弛张振荡器，它们都是通过调 节Ｒ和Ｃ的大小，以改变充放电的时间常数，得到各 种频率的脉冲信号。
３．２脉冲分配器
脉冲分配器又称环形分配器，它根据运行指令按 一定的逻辑关系分配脉冲，通过功率放大器加到步进 电机的各相绕组，使步进电机按一定的方式运行，并 实现正反转控制和定位。脉冲分配器的功能可以用 硬件来实现，也可以用软件来实现。 首先采用ＭＣＳ８０５１单片机来驱动步进电机，并要求 程序简单输出４位稳定而有序的ｌ和０到一个锁存口 上，锁存口的４个引脚连接到４个晶体管的基极，步进 电机的４个线圈连接到相应晶体管的集电极，晶体管的 发射极接地，单个线圈的连接如图２。每个线圈从电源 中得到适当的直流电压，由单片机输出０和１的组合代 码到晶体管的基极，基极为１时，连接到晶体管上的线 圈中有电流流过，基极为０时，则无电流通过。在锁存 口上的ｌ和０的分布时序产生步进电机４个线圈通电、 断电的适当时序，从而产生精确的转动步矩，它的速率
中图分类号：ＴＭ３８３
文献标识码：Ａ Ｗａｙ （Ｎｉ衅，ｏ Ｓｃｈｏｏｌ
文章编号：１００２—１８４１（２００４）１１—００６１—０２
ｔｏ Ｄｒｉｖｅ Ｓｔｅｐｐｅｒ
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ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，Ｎｉｎｓｂｏ
３１５０１０，Ｃｈｉｎａ）
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ．ｔｈｅ ｓｔｅｐｐｅｒ ｍｏｔｏｒ ｈａｓ
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ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｄｗａ．ｒｅ
ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｓｔｅｐｐｅｒ Ｍｏｔｏｒ；Ｐｕｌｓｅ；Ｄｒｉｖｅ；Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ Ｇｏｖｅｒｎｏｒ １
２００４年 第１ １期
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２００４ Ｎｏ．１ １
步进电机驱动的实现方法
周忠辉
（宁波机械工业学校，浙江宁波３１５０１０） 摘要：随着工业自动化的发展，步进电机的应用越来越广泛，步进电机是一种用于开环控制的驱动 元件。阐述了步进电机的工作原理和特性，提出了基于单片机控制的步进电机驱动实现方法及软硬件 设计方法。 关键词：步进电机；脉冲；驱动；分配器
步进电机驱动的组成包括变频信号源、脉冲分配
收稿日期：２００４～０７—２０ 收修改稿日期：２００４—０８—０８
万方数据
６２
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
Ｎｏｖ．２００４
由０ １方式分配变化的时问延时来确定。
墨
读开关状态
置转速常数
ｔｕａｔｏｒ
ｄｅｅｐｅｒ
ｕｓｅ．Ｓｔｅｐｐｅｒ
ｍｏｔｏｒ ｉｓ
ａ
ｋｉｎｄ
ｏｆｄｒｉｖｅ／ｔｅ—
ｐｒｅｓｅｎｔ－
ｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｍｅｔｌｌｏｄ
ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｃｕｌｉａｒｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ
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旦骊速度弄 ＼７
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图３程序流程框图 芏！兰
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４结束语
Ｏ Ｏ
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Ｏ ０
步进电机驱动系统，在当今信息社会Ｅｔ趋重要， 电脑外围的一些装置更是不可缺少，如磁盘机、打印 机、绘图机等，又如ＣＮＣ机，机械人，仪器、仪表等各种 信息工业产品中，都以步进电机作为其传动的重心。
延时
图２步进电机连接图
置输出口地址
Ｎ
３．３软件设计 编程采用查表法来实现，首先将步进电机通电方 式运行逻辑数据列成表格，存入计算机指定内存，并 设置数据指针，指针自动向下移动或向上移动一组数 据，使步进电机按规定的通电励磁方式运行。步进电 机通电方式数据表格如表１。
表１通ห้องสมุดไป่ตู้方式数据
逆转 正转 芏！圣 芏！兰 ！！坠 芏！！ ￡！兰 尘！
步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优 点，因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。与其 他驱动元件相比，有明显优点：通常不需要反馈就能 对位移或速度进行精确控制；输出的转角或位移精度 高，误差不会积累；控制系统结构简单，与数字设备兼 容，价格便宜。因此，虽然直流电机伺服系统、交流电 机伺服系统在计算机控制系统中被普遍地使用，但步 进电机仍广泛用于简易数控机床、送料机构、仪器、仪
引言
器和功率放大器３部分，如图１所示。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的机电 执行元件。每外加一个控制脉冲，电机就运行一步， 故称为步进电机或脉冲马达。通俗一点讲：当步进电 机接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的 方向转动一个固定的角度（步进角）。可以通过控制 脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目 的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速 度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作 为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精 度为１００％）的特点，广泛应用于各种开环控制。
［３］马兴义，杨立群．Ｍａｔｌａｂ ６应用开发指南．
万方数据
注：输入为阶跃信号；允许相对误差ｌ ｒｌ≤５％
其仿真功能可以直接对参数的配置效果进行仿真，以 图形输出、便于评价，所以这种方法可以有效地指导 传感器设计。
参考文献 ［１］黄俊钦．静、动态数学模型的使用建模方法．北京：机械工业出版
社．
［２］
徐科军．传感器动态特性的实用研究方法．合肥：中国科学技术大 学出版社，１９９９．
参考文献 ［１］吴金戌，沈庆阳，郭庭吉．８０５１单片机实践与应用．北京：学苑出版
社，１９９３．
Ｏ
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程序流程图如图３所示。 ３．４功率放大器 功率放大器又称驱动电路，其作用是将脉冲发生 器的输出脉冲进行功率放大，给步进电机相绕组提供 足够的电流，驱动步进电机正常工作。对功率放大器 的要求包括：能提供足够的幅值；前后沿较陡的励磁 电流；功耗小，效率高；运行稳定可靠，便于维修而且 成本低。 （上接第６０页）计工作移到计算机上完成，可省去每一 次参数配置的实现以及传感器性能的繁琐测试工作；
表１仿真结果
［２］陈宝江，翟涌，张幽彤，等．ＭＣＳ单片机应用系统实用指南．北京： 机械工业出版社，１９９７． ［３］ 钟约先，林亨．机械系统计算机控制．北京：清华大学出版社，
２００】．
下期要目预告
＊光纤电压传感器传感头的设计 ＊互补偿型光纤双向应变——位移点式传感器 ＊薄膜工艺制备乳酸传感器 ＊ＰＴＣＲ欧姆接触电极制备方法现状 ＊一种集成便携式硝酸盐浓度快速检测仪 ＊一种基于ＰＣ／１０４的柴油机快速检测仪 ＊用于挡水闸门的智能型明渠流量计的研制 ＊基于虚拟仪器的测量分析系统 ＊基于虚拟仪器技术的光栅位移测量系统 ＊基于ＰＬＣ自由口通信的应用 ＊扫频谐振式电磁波浓度计的研究 ＊基于ＴＩＮＩ的嵌入式数字图像采集系统 ＊基于ＡＴ８９Ｃ５１的温度采集控制系统设计 ＊ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线智能从站通信协议研究 ＊ＶＸＩ总线模块的中断研究
２步进电机的特点
图１步进电机驱动的组成框图
３．１变频信号源 变频信号源是一个脉冲频率能由几Ｈｚ到几十 ｋＨｚ连续变化的脉冲信号发生器，常见的有多谐振荡 器和单结晶体器构成的弛张振荡器，它们都是通过调 节Ｒ和Ｃ的大小，以改变充放电的时间常数，得到各 种频率的脉冲信号。
３．２脉冲分配器
脉冲分配器又称环形分配器，它根据运行指令按 一定的逻辑关系分配脉冲，通过功率放大器加到步进 电机的各相绕组，使步进电机按一定的方式运行，并 实现正反转控制和定位。脉冲分配器的功能可以用 硬件来实现，也可以用软件来实现。 首先采用ＭＣＳ８０５１单片机来驱动步进电机，并要求 程序简单输出４位稳定而有序的ｌ和０到一个锁存口 上，锁存口的４个引脚连接到４个晶体管的基极，步进 电机的４个线圈连接到相应晶体管的集电极，晶体管的 发射极接地，单个线圈的连接如图２。每个线圈从电源 中得到适当的直流电压，由单片机输出０和１的组合代 码到晶体管的基极，基极为１时，连接到晶体管上的线 圈中有电流流过，基极为０时，则无电流通过。在锁存 口上的ｌ和０的分布时序产生步进电机４个线圈通电、 断电的适当时序，从而产生精确的转动步矩，它的速率
中图分类号：ＴＭ３８３
文献标识码：Ａ Ｗａｙ （Ｎｉ衅，ｏ Ｓｃｈｏｏｌ
文章编号：１００２—１８４１（２００４）１１—００６１—０２
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ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ
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Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｓｔｅｐｐｅｒ Ｍｏｔｏｒ；Ｐｕｌｓｅ；Ｄｒｉｖｅ；Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ Ｇｏｖｅｒｎｏｒ １
２００４年 第１ １期
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２００４ Ｎｏ．１ １
步进电机驱动的实现方法
周忠辉
（宁波机械工业学校，浙江宁波３１５０１０） 摘要：随着工业自动化的发展，步进电机的应用越来越广泛，步进电机是一种用于开环控制的驱动 元件。阐述了步进电机的工作原理和特性，提出了基于单片机控制的步进电机驱动实现方法及软硬件 设计方法。 关键词：步进电机；脉冲；驱动；分配器