微電機驅動電路設計

李修權等

摘 要：微電機控制系統是以AT89C52單片機作為控制核心，達林頓陣列作為驅動電路，矩陣鍵盤作為輸入，LCD顯示作為輸出，運行C語言編程實現系統的各項功能。該系統具有性能穩定、成本低廉等優點。

關鍵詞：AT89C52單片機；微電機；驅動電路

步進電機又稱脈沖電機，國外一般稱為Stepping motor。在非超載的情況下，僅是電脈沖信號的頻率和脈沖個數決定電機的轉動速度、定位，而不受其他負載變化的影響，即電機輸入一個電脈沖控制信號，就轉動一定的步距角。由于步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點[1]再加上述線性關系的存在，使得步進電機在計算機外圍設備、自動生產線、自動化儀表、繪圖機和數控系統中得到廣泛應用。步進電機的控制可以采用分立元器件和專用控制器件，文章用分立器件設計一個微電機驅動控制系統。

1 系統結構設計

該控制系統主要由PC上位機、單片機、驅動電路、鍵盤、LCD顯示等模塊組成，其中采用一種集成電路芯片AT89C52單片機作為控制器[2]，通過分立器件組成的達林頓陣列作為驅動電路，PC機用于編寫及燒寫程序。首先，利用脈沖個數來轉動角位移，進而實現準確定位的功能；其次，利用步進電機的驅動電路的數字邏輯部分即環行脈沖分配器，控制步進電機各相繞組的通電順序，進而實現正反轉的功能；最后，利用脈沖頻率來控制電機運行的速度，進而實現調速的功能[3]。該控制系統能夠實現如下功能：（1）電機的運行狀態（啟動/暫停）、轉動方向、轉動速度通過按鍵控制；（2）電機的運行狀態、轉動速度通過LCD顯示，如圖1所示。

2 硬件設計

控制系統的硬件原理圖由電路仿真軟件Proteus 7.5 進行設計仿真，通過仿真得出該系統能夠完成按鍵控制電機的運行狀態、轉動方向、轉動速度的功能，并且控制穩定可靠。電機在工作時的運行狀態、速度以英文的形式直觀的顯示在LCD1602。其硬件原理，如圖2所示。

2.1 輸入、顯示模塊

為增強控制系統的靈活性，能夠簡便地對電機的系統參數快速的修改，通過按鍵輸入轉向、速度等相應指令，由單片機輸出電機控制信號，用LCD顯示電機工作時的狀態和速度。為了減少I/O端口的使用，控制系統設置了3*2矩陣鍵盤實現電機的6種工作模式。行列式鍵盤、LCD1602顯示器與單片機的接口電路如圖3所示，采用行列反轉掃描法讀取按鍵的鍵值，LCD1602的數據口接在單片機的P0口上，同時P0口必須接上拉電阻，使能信號、數據/命令選擇端、讀寫選擇端分別接在單片機的P2.0、P2.1、P2.2口上。LCD第一行英文顯示電機運行狀態（STATE），第二行顯示電機運行速度（SPEED）。

2.2 電機驅動模塊

在數字電路中，大多數采用TTL電平，但是TTL電平產生的脈沖不能夠使步進電機轉動，因此，需要設計一種通過控制脈沖進行環形分配、功率放大的驅動電路，通過控制電機繞組的通電順序使電機運轉[4]。本系統的驅動模塊采用四個達林頓陣列組成的電路，分別與四相電機連接以驅動步進電機，如圖4所示。

達林頓管多用在大功率輸出電路中，由于功率增大，管子本身壓降會造成溫度上升，同時前級三極管的漏電流也會被逐級放大，從而導致達林頓管整體熱穩定性差。為了改變這種狀況，在大功率達林頓管內部均設有均衡電阻7.2k和3k，通過這種方式不僅可以大幅度增強管子的熱穩定性，還能有效地提高末級三極管的耐壓。

3 軟件設計

基于硬件平臺的設計，為保證各電路模塊正常工作，實現系統所需求的功能，需要進行軟件設計對單片機系統進行在線編程調試。使用keil C51軟件對源程序進行編譯，生成.hex文件，然后將.hex文件下載到AT89C52單片機中，即可運行，如圖5所示。

[參考文獻]

[1]董里揚.淺談步進電機的工作原理[J].科技信息，2007（8）：74-74.

[2]何沖，王淑紅，侯勝偉，等.基于AT89C52單片機的步進電機控制系統研究[J].電氣技術，2012（4）：5-8.

[3]王雁平.步進電機定位控制系統的設計[J].現代電子技術，2010，33（18）：205-207.

[4]余炳雄，陳志玲，黎浩樑.二相步進電機驅動電路的設計[J].Huadian Technology，2009，1（3l）：17-20.