1、基于单片机的步进电机控制系统设计 前言 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控 制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进 电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于 8051 单片机的四 相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显 示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电 路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机 控制步进电机系统在数控机床上的应用， 系统设计了两个外部中断
2、， 以实现步进电机在某段 时间内的反复正反转功能， 也即数控机床的刀架自动进给运动， 随着单片机技术的不断发展， 单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛， 自六十年代初期以来， 步进电机的应用得到很 大的提高。 人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器， 打印机、 绘图仪， 磁盘光盘驱动器、 各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电 一体化的关键产品之一， 被广泛应用在各种自动化控制系统中， 随着微电子和计算机技术的 发展，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统 中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此
3、在智能仪表和位置控制中 得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价 格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 1.步进电机原理及硬件和软件设计 1.1 步进电机原理及控制技术 由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件， 它不能直接接到交 直流电源上，而必须使用专业设备一步进电机控制驱动器，典型步进电机控制系统如图 1 所示:控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分 配器提供脉冲序列， 环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配 后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源
4、的各项输入端，以驱动步进电机的转动， 环形分配器主要有两大类:一类是用计算机软件设计的方法实现环形分配器要求的功能，通 常称软环形分配器。另一类是用硬件构成的环形分配器，通常称硬环形分配器。功率放大器 主要对环形分配器的较小输出信号进行放大， 以达到驱动步进电机的目的， 步进电机的基本 控制包括转向控制和速度控制两个方面。从结构上看，步进电机分为三相单三拍、三相双三 拍和三相六拍 3 种，其基本原理如下: （1） 换相顺序的控制 通电换相这一过程称为脉冲分配。 例如， 三相步进电机在单三拍的工作方式下， 其各相通电顺序为 ABCA， 通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A, B, C 相的通断。 三相双三拍的通电顺序为 ABBCCAAB， 三相六拍的通电 顺序为 AABBBCCCAA 。 (2)步进电机的换向控制 如果给定工作方式正序换相通电， 步进电机正转。 若步进电机的励磁方式为三相六 拍，即 AABBBCCCAA。如果按反序通电换相，即 AACCCBBBAA， 则电机就反转。其他方式情况类似。 (3)步进电机的速度控制 如果给
