基于單片機的步進電機驅動方法研究

王嘯東

（南京鐵道職業技術學院，江蘇 蘇州 215137）

步進電機是一種數字控制的電動機，步進電機具有結構簡單、運行可靠、控制方便、控制性能好等優點，它將電脈沖信號轉變成電機轉子的角位移。步進電機是工業過程控制與儀表中常用的控制元件，在數控機床、繪圖儀、打印機及機器人等領域得到廣泛的應用。為了實現步進電機的簡易運動控制，一般采用單片機驅動步進電機，實現步進電機的速度和位置定位控制。

1 步進電動機

步進電動機有三線式、五線式、六線式3種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅動。若每旋轉一圈以20個勵磁信號來計算，則每個勵磁信號前進18度，其旋轉角度與脈沖數成正比，正、反轉可由脈沖順序來控制。

2 勵磁方式

步進電動機的勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全步勵磁又有一相勵磁及二相勵磁之分，而半步勵磁又稱1－2相勵磁。步進電動機的控制等效電路，適應控制A、B、/A、/B的勵磁信號，即可控制步進電動機的轉動。每輸出一個脈沖信號，步進電動機只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號，即可使步進電動機連續轉動。

2.1 1相勵磁法

在每一瞬間只有一個線圈導通。消耗電力小，精確度良好，但轉矩小，振動較大，每送一勵磁信號可走18度。若欲以一相勵磁法控制步進電動機正轉，其勵磁順序見表 1。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉。

勵磁順序：A→B→C→D→A。

表1 相勵磁順序表

2.2 2相勵磁法

在每一瞬間會有兩個線圈同時導通。因其轉矩大，振動小，故為目前使用最多的勵磁方式，每送一勵磁信號可走18度。若以2相勵磁法控制步進電動機正轉，其勵磁順序見表 2。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉。

勵磁順序：AB→BC→CD→DA→AB。

表2 相勵磁順序表

2.3 1-2相勵磁法

為1相與2相輪流交替導通。因分辨率提高，且運轉平滑，每送一勵磁信號可走9度，故亦廣泛被采用。若以1相勵磁法控制步進電動機正轉，其勵磁順序見表 3。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉。

勵磁順序：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。

表3 1－2相勵磁順序表

電動機的負載轉矩與速度成反比，速度愈快負載轉矩愈小，當速度快至其極限時，步進電動機即不再運轉。所以在每走一步后，程序必須延時一段時間。

3 硬件電路

單片機系統的輸出通道也就是控制步進電機的通道，由于AT89C51的P1口作為輸出通道的控制端口，采用三相六拍的步進電機進行并行控制需要單片機P1口中的三位P1.0、P1.1、P1.2，分別接三相步進電機的A、B、C三相見圖1。步進電機的脈沖分配由單片機通過軟件控制構成環行分配器，功率放大器選用單電壓功率放大電路。循環使三個繞組通電就可以驅動電機，只要按照一定的順序改變三位 I/O口的通電的順序就可以控制步進電機按照一定的方向轉動。

圖1 系統原理圖

4 軟件設計

單片機的P1.0～P1.3來控制步進電機，本程序以1－2相勵磁法使步進電機正向轉動180度后停止（具體程序省略）。

表4 正轉控制模型資料

表5 反轉控制模型資料

5 結束語

本文介紹了步進電機驅動方法與單片機系統的設計方法，系統采用單片機控制系統和相關電路，使得單片機對電機的控制更易實現，性價比更高。本設計的步進電機單片機控制系統實現了步進電機速度控制，大大改善了步進電機的運行的平穩性，增強了抗干擾性能。

1 孫涵芳、徐愛卿.單片機原理及應用［M］.北京：北京航空航天大學出版社，1996

2 于海生.微型計算機控制技術［M］.北京：清華大學出版社，1999.3