步進電機調速系統的設計

劉會巧

摘要：步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應的角位移的電磁裝置，是一種特殊的電動機。步進電動機具有精確性良好等性能，其組成的開環系統既簡單、廉價，又非常可行，故在打印機等辦公自動化設備以及各種控制裝置等領域有極廣泛的應用。本文介紹以AT89C51單片機為控制核心所設計的步進電機的調速系統，并實現了電機啟動、停止、正轉、反轉、加速、減速等的功能。

關鍵詞：步進電機 AT89C51 控制

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

1研究背景及內容

步進電機是一種將電脈沖轉為角位移的執行機構，廣泛應用于各種自動化系統中。通俗講：步進電機接收一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動固定的角度（即步距角）。可控制脈沖個數來控制角位移量，達到準確定位的目的；同時可控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度，從而達到調速的目的。隨著微電子技術的發展，步進電動機的需求量與日俱增，制作步進電機控制系統具有十分重要的意義。本文通過AT89C51單片機實現對步進電機啟停、正反轉、加減速的控制。通過單片機、電機驅動芯片ULN2004及相應按鍵實現功能。

2硬件設計

本文使用的步進電機是步距角為1.8度的四相八拍永磁式步進電機。四相八拍步進電機的通電方式為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。它的工作原理是給一個脈沖信號，電機轉動一個角度。步進電機的角位移量與脈沖數成正比，它的轉速與脈沖頻率（f）成正比。

根據步進電機工作原理可知，實現步進電機的啟停即給電機通電則啟動、不通電則停止，實現正反轉控制即改變電機的通電順序，實現加減速的控制即增加或減小電機的通電頻率。步進電機不能直接接到電源上工作，必須使用步進電機驅動器，本文采用驅動芯片ULN2004。

步進電機調速系統如圖1。其中由P1口連接發光二極管構成顯示部分，實現當電機啟動時，二極管依次點亮；當電機加速時，二極管加速點亮；當電機反轉時，二極管反方向依次點亮。由P2.0-P2.3口連接的按鍵構成按鍵輸入部分，實現按第一個按鍵啟停電機，按第二個按鍵使電機加速，按第三個按鍵使電機減速，按第四個按鍵使電機反向轉動。由P2.4-P2.7口連接的步進電機驅動器ULN2004構成驅動電路，實現對步進電機的通電控制。

3軟件設計

本文用AT89C51單片機進行程序設計。系統分為電機啟停、正反轉、加減速部分組成。

按鍵程序用于判斷P2.0-P2.3口的值，當P2.0口為0，即按下按鍵后，電機啟動，再次按鍵，電機停止；當P2.1為0時，電機加速；P2.2口為0時，電機減速；P2.3口為0時，電機正轉，再次按鍵，電機反轉。

步進電機轉動是由于電機驅動電路提供了一定相序的電源，首先定義電機驅動端口sbit R1=P2^4；sbit R2=P2^5；sbit R3=P2^6；sbit R4=P2^7；根據四相八拍步進電機的通電順序為

A-AB-B-BC-C-CD-D-DA，正轉通電子程序為void motorPositive（）

{ if（dir<=0）// dir表示轉動方向，1正轉，-1反轉，0停止

return；

R1=1；R2=0；R3=0；R4=0； delay（currentRestTime）； //A

R1=1；R2=1；R3=0；R4=0； delay（currentRestTime）； //AB

R1=0；R2=1；R3=0；R4=0； delay（currentRestTime）； //B

R1=0；R2=1；R3=1；R4=0； delay（currentRestTime）； //BC

R1=0；R2=0；R3=1；R4=0； delay（currentRestTime）； //C

R1=0；R2=0；R3=1；R4=1 ；delay（currentRestTime）； //CD

R1=0；R2=0；R3=0；R4=1； delay（currentRestTime）； //D

R1=1；R2=0；R3=0；R4=1； delay（currentRestTime）； //DA }

當接收到正轉按鍵的信息后，調用電機正轉子程序，可實現電機轉動。當接收到反轉按鍵 的信息后，可調用電機反轉子程序，實現電機的反轉。

4調試及總結

（1）電路板焊好后，檢查電路設計及元器件焊接是否正確，結果正確。但發現步進電機不能正常轉動，再次確認硬件及程序沒問題，據步進電機工作原理，電機實現正反轉，四個相序必須正確。經幾次試驗，確定電機的四個相序。把電路板重新布線，電機能夠正常轉動。實物圖如圖2所示。

（2）步進電機在控制系統中具有廣泛的應用。它可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發生器等，所以說步進電機調速系統有著廣闊的市場和遠大的發展前景。

（3）隨著科技的進步，芯片也在高速發展，后續出現更高級的芯片，依據本文的設計思路也能實現高級芯片對步進電機的調速控制。

參考文獻

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