步進電機的單片機控制方法

1、第18卷第3期2006年9月武漢工程職業(yè)技術學院學報Jo ur nal of Wu han Engi neering Insti ut eVol . 18 No. 3Sept ember. 2006步進電機的單片機控制方法宋錦（南京信息職業(yè)技術學院江蘇南京：210046）摘 要以四相步進電機為例，介紹了由M C1413驅動的電路原理圖，給出了四相步進電機的正轉反轉的程序設計流程圖和程序清單。關鍵詞單片機步進電機控制中圖分類號：TM301 . 2文獻標識碼 ：A文章編號：167123524 （2006） 0320059205步進電機是機電控制系統(tǒng)中主要控制元件之 一。具有快速啟停、精確步進以及能

2、直接接收數(shù)字 量的特點，廣泛用于自動控制系統(tǒng)、印字位置的控制 及X 丫記錄儀的無關控制等各個領域。步進電機實際上是一個數(shù)字/角度轉換器，也是一個串行的數(shù)/ 模轉換器，最適宜于用微處理器來控制，此法應用于實驗教學、科研中效果良好。1步進電機的工作原理以四相步進電機為例。圖1是一種四相可變磁 阻型的步進電機結構示意圖。這種電機定子上有八(1)圖1四相可變磁阻型的步進電機結構示意圖個凸齒，每一個齒上有一個線圈。線圈繞組的連接方式，是對稱齒上的兩個線圈進行反相連接，如圖中所示。八個齒構成四對，所以稱為四相步進電機。當有一相繞組被激勵時，磁通從正相齒，經(jīng)過軟 鐵芯的轉子，并以最短的路徑流向負相齒，而其他

3、六個凸齒并無磁通。為使磁通路徑最短，在磁場力的 作用下，轉子被強迫移動，使最近的一對齒與被激勵 的一相對準。在圖1 （a）中A相是被激勵，轉子上大 箭頭所指向的那個齒，與正向的A齒對準。從這個 位置再對B相進行激勵，如圖1中的（b）,轉子向反 時針轉過15。若是D相被激勵，如圖1中的（c）, 則轉子為順時針轉過 15°下一步是C相被激勵。 因為C相有兩種可能性：A-B - C - D或A - D - C -B。一種為反時 針轉動；另一種為順時 針轉動。但每步都使轉子轉動15°電機步長（步距角）是步進電機的主要性能指標之一，不同的應用場合，對步 長大小的要求不同。改變控制繞組

4、數(shù)（相數(shù)）或極數(shù) （轉子齒數(shù)），可以改變步長的大小。它們之間的相互關系，可由下式計算：L0 = 360 P X N式中：LB為步長；P為相數(shù)；N為轉子齒數(shù)。在 圖1中，步長為15。，表示電機轉一圈需要24步。收稿日期:2006206226作者簡介:宋 錦,女（1969），南京信息職業(yè)技術學院計算機科學與技術系，講師,工程師，研究方向:計算機控制宋錦：步進電機的單片機控制方法#2步進電機的單片機控制原理步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉變 成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度，因此非常適合于單片機控制。步進電機最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉動角度由輸

5、入脈沖數(shù)決定 ,而電機的轉速 由脈沖信號頻率決定。步進電動機控制系統(tǒng)組成如 圖2所示。宋錦：步進電機的單片機控制方法#宋錦：步進電機的單片機控制方法#宋錦：步進電機的單片機控制方法#圖2步進電機控制系統(tǒng)的組成步進控制器的作用是把輸入的脈沖轉換成環(huán)型由于步進控制器線路復雜，成本高，因而限制了它的脈沖，以便控制步進電機，并能進行正反向控制。功 應用。若我們采用單片機代替步進控制器，問題將率放大器的作用就是把控制器輸出的環(huán)型脈沖加以被簡化，不僅降低了成本，而且提高了可靠性。單片放大，用來驅動步進電機轉動。在這種控制方式中，機控制步進電機的原理圖如圖3所示。宋錦：步進電機的單片機控制方法#宋錦：步進電

6、機的單片機控制方法#宋錦：步進電機的單片機控制方法#單片機的主要作用就是把并行二進制碼轉換成 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：四相步宋錦：步進電機的單片機控制方法#串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。步進電機的驅動 進電機的八拍工作方式，其各相通電順序為 A - AB宋錦：步進電機的單片機控制方法#電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生2.1 脈沖序列的生成電時何1圖4脈沖序列在常見的接口電路中，多為05V ,接通和斷電 的時間可用延時的方法來控制 。延時時間的長短由 步進電機的工作頻率決定 ，如圖4所示。-B - BC - C - CD - D - DA - A ,通電控制脈沖必須 嚴格按

7、照這一順序分別控制 A ,B ,C ,D相的通斷。2.3控制步進電機的轉向 如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉，如果按反序通電換相，則電機就反轉。若各相通 電順序為 A - AB - B - B C - C - CD - D -DA - A 時正轉則各相通電順序為 A - DA - D - CD - C - B C - B - A B - A時反轉。用單片機輸出接口的每 一位控制一相繞組 ，在圖5中用P1 . 0、P1. 1、P1.2、 P1. 3分別接至步進電機的A、B、C、D四相繞組?？梢詫懗鱿鄳刂品绞降臄?shù)學模型，見表1。宋錦：步進電機的單片機控制方法612.2控制換相順序表1四

8、相步進電機控制的數(shù)學模型步序控制位工作狀態(tài)控制模型1P1 . 7P1 . 6P1 . 5P1 .4P1 . 3DP1 . 2CP1 . 1BP1 . 0A00000001A01 H200000011AB03 H300000010B02 H400000110BC06 H00000100C04 H00001100CD0CH00001000D08 H00001001DA09 H宋錦：步進電機的單片機控制方法#2.4 控制步進電機的速度如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖 ，它就轉一步, 再發(fā)一個脈沖，它會再轉一步 。兩個脈沖的間隔越 短，步進電機就轉得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖 頻率,就可以對步進電機進行調(diào)

9、速。3步進電機與單片機接口及程序設計3.1步進電機與單片機的接口電路由于步進電機的驅動電流比較大 ，所以單片機 與步進電機的連接都需要專門的接口電路及驅動電. .< 1 W路。接口電路是單片機內(nèi)部的1/ O接口或是可編程接口芯片8155、255等。驅動電路可用大功率復 合管或專門的驅動器 M C1413等。為了抗干擾或 為了避免一旦驅動電路發(fā)生故障 ，造成功率放大器 中的高電平信號進入單片機燒毀器件 ，在驅動器與 單片機之間可以加一級電隔離器 。3.2步進電機程序設計首先進行旋轉方向的判斷，然后按順序傳送控制脈沖即輸出相應的控制模型和延時程序，再判斷4所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。其程序

10、設計見圖 6及表2。宋錦：步進電機的單片機控制方法#宋錦：步進電機的單片機控制方法63tHJIJN.I呦】bMJ皿卿1和帕財MiKJ畑恥fSB腳1|皿皿側皿XWn: 44iiin<iW.lvWliT-ST宋錦：步進電機的單片機控制方法#宋錦：步進電機的單片機控制方法#圖5步進電機與單片機的接口電路流程圖宋錦：步進電機的單片機控制方法#圖6程序框圖表2程序清單COU N TEQ U 200；步數(shù)MA IN :OR G 0000 HMOV R0 ,CO U N T步數(shù)送R0L OOP1:MOV R1 , # 00 HL OOP2:MOV D P TR , # TABJ NB 00 H 丄 O

11、O P3MOV A , R1;取控制模型L OOP3:MOV C A , A + D P T RJ Z L OO P1MOV P1 , AL CALL D EL A YIN C R1DJ NZ R0 , L OOPR ETMOV A , R1;反向控制模型ADD A , # 09 H偏移量TAB :MOV R1 , ALJ M P L OO P2DB 01 H ,03 H ,02 H ,06 H ,04 H ,0 CH ,08 H ,09 H , 00 H;正向控制模型D EL A Y :DB 01 H ,09 H ,08 H ,0 C H ,04 H ,06 H ,02 H ,03 H ,0

12、0 H （略）;反向控制模型© J 994-201Q China AcadeTnic Journal Electronic Publishing House. All Tights reserved.宋錦：步進電機的單片機控制方法651總之，用單片機來控制步進電機可以解決傳統(tǒng)步進控制器線路復雜，成本高的問題，既簡化了線路，降低了成本，又大大提高了可靠性。使用起來極 為方便。參考文獻1 余詢，王建，張濤.機電控制技術C .中專機電技術應用學會，1995.趙松年.機電一體化機械系統(tǒng)設計M .上海：同濟大學出版社,1990 .陳汝全.實用微機與單片機控制技術M .電子科技大學出版 社,19

13、93 .李秉操.單片機接口技術及工業(yè)控制中的應用 M .陜西電子 編輯部,1991 . 5 李廣弟.單片機基礎M .北京：北京航空 航天大學出版社,2001 .宋錦：步進電機的單片機控制方法#宋錦：步進電機的單片機控制方法#Discussionon Control of the Step - by - StepMotor through Single Chip Computer.-'Song J i nAbstract : Ta ki ng a fo ur - p ha se st ep - by - st ep mo to r a s e xa mp le ,t hi s a rticle i nt ro duce s t he electical ci rc uit sche matic dia gra m drive n by M C 1413 . It al so p re se nt s t he mo to fsclockwi se a nd co unt er - cbckwi se pro gra mmi n