基于单片机的步进电机控制系统设计

this system

sends the control signals[()the MCU by pressing the button[()control the rotatio speed and rotatio direction

of the Stepping Motor ,and[()control the proper motion of the Hanging objects. Some software can be

realized when the command system of the AT89C51 is applied[()Program. After testing, this system can

achieve the alx>ve-mentioned functions.

Key words: AT89C51;stepping motor;control system

SCM Technology.毕片fil L顶不

基于单片机的步进电机控制系统研究 文/成新

电机速度控制具有较强实用性。 步进电机是一种应用广泛、 优势明显的机电元件，在各行业 领域中应用广泛。本文将对步进 电机构成原理进行分析，并详细 探讨基于单片机的步进电机控制， 对脉冲分配调节和步进电机速度 控制展开详细论述。旨在通过本 文理论概述为加强步进电机有效 控制提供有效价值参考。

基于单片机进行步进电机脉冲分配控制， 可以分为两种:通过单片机vo口向驱动电路 发出控制脉冲，并以给定的通电换相顺序完成 软件法完全利用软件方式。通过软件对环形分 配器进行有效替代，并进行脉冲分配控制。通 过8031的Pl.o一P1.4的v0线完成对应电动 机励磁状态字节的输出，并对步进电动机驱动 器的输入信号进行直接控制。

通过这种方式对电动机励磁状态实现有

效转换，并通过系统把状态内容传送到电动机 输出口，并以电动机正反转顺序进行一次转换。 前提是要在ROM中预先开辟一个状态表，即 存储环形分配器输出状态表。 加减速控制 摘要

【关键词】步进电机单片机速度控制脉冲 速度控制

步进电机的控制性能良好，且适应性较

强，其主要控制装置为单片机。单片机是在工 控计算机与PLC之间的控制装置，其体积小、 成本低，是模拟控制过渡到数字控制的核心控

制装置。目前单片机成为步进电机的最新控制 方式。

步进电机的构成分析

通常条件下观察步进电机的控制系统极

限起动频率来看，其频率较低，但由于步进电 机的运行速度要求却比较高，若系统按照要求 速度进行启动，直接会造成速度超过极限起动 频率，使系统无法进行正常启动。这种现象会 造成步进电机控制系统数据丢失或出现整个系 统瘫痪问题。因此，针对步进电机控制系统， 要控制好它的运行速度，控制好其加减速。 加减速的控制既可以采用直线规律法，

也可以采用指数规律加减速法。前者是通过恒 定加速度时间加减速控制，具有较好稳定性， 且软件实现过程较容易;后者的加速度呈逐渐 下降趋势，该规律与电动机输出转矩随转速度 变化较相似，与步进电机系统自身加减速度运 动规律相符合，促进步进电机高效转矩，且其 }h}能高，周期短。

以单片机为控制装置对步进电机进行系

统控制，能够更加高效的实现脉冲速度控制， 促进运行性能的提升，同时促进步进电机各部 件运行更加稳定。 步进电机结构

步进电机的环形分配器主要是对cP脉冲

的接收，然后以步进电机的状态转换顺序为标 准，实现各项导通或者对信号进行截止。环形 分配器再将这个信号送入处理器进行放大处 理，当信号足够大时再送入推动级。推动级的 功能在于把小信号进行放大，当信号足够大时 可以推动功率放大器实现信号输入。同时它还 对电平转换有着承担任务。 步进电机驱动器构成

步进电机驱动器主要包括六个构成部分: cP脉冲、环形分配器、信号放大与处理、推 动级、驱动级、电动机。可以通过图1的方式 进行表示。

基于单片机的步进电机系统速度控制，

有两种方式可以对其脉冲频率进行确定，能够 以单片机步进脉冲频率的控制来实现，一是软 件延时法，二是定时器中断法。这两种方法都 能够对步进电机进行有效速度控制。 2.2.1软件延时法

这种速度控制法主要是指对标准延时子

程序进行调用，并使两控制字之间延时时间有 所改变，实现速度控制。这种方法的应用最大 优势在于程序应用简单，在进行延时时间控制 的过程中思路较为清晰，不易出现程序混乱。 同时对硬件资源没有占用。软件延时法的缺点 在于增加了CPU等待时间，使机时大大增加。 软件延时法通常只应用于步进电机的简单控 制。

2.2.2定时器中断法

在8031芯片内存在两个可编程的定时器。 通过对定时器进行编程，利用其定时功能发出 任意一周期的定时信号，功能则体现在对系统 输出脉冲周期的便捷有效控制。还是以8031 单片机为对象，针对中断服务子程序实行脉冲 输出调整，这个操作过程主要是通过调整定时 器的定时常数对步进机脉冲频率有效调整，目 的在于对速度进行有效控制。定时器中断法的 应用优势在于机时占有较少，即对CPU等待 时间占有较少，操作过程易于实现，其对步进 参考文献

fl]董圣英.基于THB7128和单片机的步 进电机定位控制系统设计「J7.电气传 动，2011, 06 (20) :221-223.

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[4]陈晓红.基于嵌入式单片机的步进电机 控制系统设计的分析「J7.无线互联科 技，2014, 10 (15) :700-703. 2基于单片机的步进电机控制 作者单位

青岛赛瑞达电子装备股份有限公司山东省青 岛市266109 脉冲分配控制

图1:步进电机驱动器构成示意图

匹玉」

基于单片机的步进电机 开环控制系统 房玉明，

(青岛科技大学，

杭柏林

青岛266061)

摘要:通过ATM E L89C 51单片机对步进电机进行控制，主要介绍了步进电机控制器、驱动电路和LED

显示电路的设计，实现了步进电机的开环控制。在步进电机控制器的设计中，重点阐述了脉冲产生电路以及

对速度的控制。该系统具有成本低、控制方便的特点。 关键词:单片机;步进电机;开环控制

中图分举昙.'11V1301_ 2'1M 3R3 6女献标识码.A女童编昙.100L ROBS( 20061 04 OOfiL04 O perr loop Control Systan of Step-m otor Based on S}gle Ch扣 FANG Yu m ink HANGBai伽

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步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的 角位移或直线位移的机电执行元件。控制步进电 机的输入脉冲数量、频率及电机各相绕组的接通 顺序，可以得到各种需要的运行特性。尤其与数 字设备配套时，体现了更大的优越性，因此广泛应 用于数字控制系统中。

本文介绍已实现的单片机对步进电机的数字 控制系统。该控制系统中，控制器担负着产生脉 冲以及发送、接收控制命令的任务。本文对控制 器的设计，尤其是脉冲产生电路的设计作了详细 的介绍。 1系统设计

步进电机开环控制系统框图如图1所示。系

统由步进电机控制器、步进电机驱动电源、步进电 机和LED状态显示等4部分组成，本文着重介绍 步进电机控制器、步进电机驱动电源、LED显示 图1步进电机开环控制系统框图 1 1步进电机控制器

步进电机控制器主要由单片机、晶振电路、 8I} RAM和光电隔离电路等组成(见图2}0