1、.基于單片機控制的步進電機設計-機電論文基于單片機控制的步進電機設計 謝海明（湖南長沙民政職業技術學院電子信息工程學院，湖南長沙410004）摘要：與其他類型的電機相比，步進電機具有更加明顯的優勢，步進電機中的定角轉動控制利用電脈沖信號控制相繞組電流，因此實現了更精確的開環控制，同時還能夠實現無積累誤差，這使步進電機成為了目前常用的一種機電元件，而使用單片機控制的步進電機系統控制性能更加優良。現以步進電機的基本概念為切入點，在分析步進電機控制系統的基礎上進行步進電機的單片機控制的設計，旨在為教學及實踐提供切實可行的理論參考。關鍵詞：步進電機；單片機控制；設計0引言關于步進電機的應用已經涉及國民

2、生活的方方面面，例如指針式電子鐘表、印刷機等等。為了能夠進一步達到智能化控制的要求，需要步進電機的控制性能上升一個水平，于是提出了單片機控制的步進電機。步進電機與其他電機最大的不同在于，步進電機是通過輸入脈沖信號進行控制，其作為數字控制系統中的一個執行元件，轉速由脈沖信號的頻率決定，這就使得步進電機十分適合與單片機結合。1步進電機概述步進電機被廣泛應用于精確定位系統，與其他電機不同，不會出現積累誤差。綜合分析步進電機的特點，主要有以下幾點：第一，控制更加方便，直接使用數字信號進行開環控制；第二，使用更加方便，不需要進行數模轉換；第三，在起動、停止、正反轉以及變速上具有良好反應，響應性較佳；第四

3、，整機結構簡單，成本低。目前，步進電機的種類從類型上分為機械式、電磁式、組合式三種1，根據結構特點劃分為反應式、永磁式、混合式2。其中反應式步進電機結構最簡單，同時也是應用范圍最廣泛的一種。從步進電機的原理分析，其之所以能夠旋轉起來，最根本的原因是錯齒。2步進電機控制系統步進電機控制系統由運動控制部件、驅動部件、運動執行部件組成3。作為一個完整的整體，以單片機控制的步進電機系統由單片機系統、外圍電路、驅動電路、步進電機組成。其中，單片機系統是利用微處理器、只讀存儲器、隨機存儲器、中斷系統等電路集成在一個芯片中，這種基于單片機的步進電機能夠提高整個系統的工作效率與可靠性。3基于單片機控制的步進電

4、機設計3.1硬件系統設計綜合考慮各方面條件、因素，本次設計采用AT89S52型單片機，在系統功能方面，采用電路上電復位或手動按鈕復位，精度高。使用單片機最小系統和少量外圍器件組成基于單片機的步進電機控制系統。單片機最小系統由單片機、時鐘晶振電路、復位電路等組成4。AT89S52單片機主要功能如表1所示。考慮到單片機直接輸出的脈沖信號太小，需要增加一個驅動電路，本文采用型號為ULN2003A的高壓大電流、大功率達林頓芯片驅動步進電機，保證步進電機正常工作。為了進一步提高其性能，本設計增加拓展實現方案，利用兩個型號為ULN2003A的大功率達林頓芯片作為步進電機驅動板，提高低電平驅動能力。 3.2

5、軟件系統設計借助軟件編程，利用單片機進行電極控制的脈沖分配，保證步進電機的正常工作。本次研究中步進電機采用的是四相步進電機，但為提高步進電機的負載能力，使用八拍驅動方式，因此最后組成四相八拍。這種方式的通電順序是A相線圈最先開始通電，之后轉換為A、B兩相線圈同時通電，然后再單獨給B相通電，之后B、C兩相線圈通電。在設計階段，關于基礎實現方案程序的設計方面，單片機控制步進電機的流程可以簡單化為開始初始化按鍵判斷相應按鍵子程序。關于軟件設計的拓展實現方案，在單片機的P2口設計堆棧，開始時步進電機停轉，對按鍵進行掃描，判斷是否有按鍵按下，一般情況下，在每次按鍵按下之后，一般所按的按鍵都會在閉合與斷開

6、位置之間跳幾下才能夠穩定閉合，這種情況稱為按鍵抖動。一般這種抖動的持續時間不會超過10ms。為了保證系統的正常運行，可以在系統中加入按鍵消抖程序，只要按下了按鍵，按鍵消抖程序就會啟動，消除按鍵抖動。將編寫完成的程序輸入單片機硬件芯片中，同時還需要各種輔助工具才能完成5。根據設計要求，為提高編程效率及效果，加入仿真器對已經編寫好的單片機程序進行調試。所謂的仿真器就是利用仿真軟件進行單片機運行的實時模擬及在線調試。仿真器具備基本的輸入裝置和輸出裝置，同時配備各種相應支持程序調試的軟件，最后達到直接通過單片機仿真器進行程序輸入與修改的效果，同時還能夠觀察程序運行結果和運行過程中的中間值，以大大提高編

7、程效果。其中使用到的編程器作用是將數據寫入可以編程的集成芯片中，目前比較常用的是存儲器之類可編程的芯片，在經過仿真器調試之后，編譯出十六進制或二進制的代碼，將其寫入單片機程序存儲器中，保證單片器能夠在電路板上正常運行。開始進行仿真調試，將仿真器的仿真頭插在插座上，連接電源。啟動仿真軟件，選擇CPU和相關設置。新建一個文件夾，將步進電機的控制程序輸入，完成保存。進行程序編譯操作，如出現出錯的命令，會自動彈出一個信息窗口，顯示錯誤的相關信息。在編譯完成后會生成一個HEX文件。進行調試操作，觀察電路板步進電機的運轉效果，如果存在功能障礙問題，則需重新進行編譯操作。為了更加快速、準確地找到錯誤，可以在

8、仿真調試中將單步執行和全速執行兩種調試方式結合起來使用。其中，單步執行能夠詳細了解每條指令的具體執行情況，全速執行可以配合設置斷點，在大致范圍上確定錯誤出現的位置。在完成了仿真調試并且結果未出現錯誤之后，將編程器中已經編寫好的程序放進單片機硬件芯片中，具體操作程序為：第一步，將單片機根據要求插入編程器插座中，接通電源；第二步，打開編程軟件，在還未進入程序之前所有窗口的顯示均為“FF”；第三步，選擇需要編程器件的型號，最后點擊“確定”選擇；第四步，調入選擇，需要注意的是，在調入之前需要清空緩沖區；第五步，在完成文件的調入后，數據窗口會顯示出具體的數據；第六步，進行編程操作，直接選擇自動編程，完成

9、整個操作；第七步，在點擊自動編程之后，程序會開始自動進行寫入操作，完成之后顯示100%，則編程成功。程序在完成調試仿真并且最后結果無誤之后，利用編程器將已經編寫好的程序寫入單片機的存儲器中，整個操作就完成，單片機就可以在電路板上進行正常運行了。4結語基于單片機的步進電機利用單片機產生驅動步進電機的脈沖信號，并傳動給驅動電路，驅動電路根據控制信號進行操作，從而實現了步進電機的轉速與方向控制。在硬件設計與軟件設計方面通過一些列操作，有效提高了控制的靈活性。這種基于單片機的步進電機控制器控制效果較佳，展現出了良好的運行效果。本文將研究的重點放在了設計方面，后期的仿真操作以及實際運行仍然需要從多個角度、多個方面進行深入分析與研究。 參考文獻1王晨光，孫運強，許鴻鷹.步進電機的單片機控制設計分析J.國外電子測量技術，2008，27（9）：3941，60.2鄭虎子.單片機控制混合式步進電機驅動電源的研究及設計D.武漢：華中科技大學，2007：123124.3汪姝.基于單片機的步進電機驅動控制系統的設計與實現D.南昌：南昌大學，2012：186187.4熊超美.步進電