基于單片機的步進電機控制系統研究

曹宇

渤海大學

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基于單片機的步進電機控制系統研究

曹宇

渤海大學

本設計運用了單片機、步進電機芯片以及各種鍵盤等有利于步進電機、控制器及驅動器的相互結合。本文分析了步進電機的調頻模式，使用L協同仿真的方法，對于系統周期良好運行有著重要的意義。

單片機 步進電機 控制系統 調頻

1　引言

步進電機對于實現脈沖信號的轉換有著重要的意義，傳統步進電機控制模式是通過觸發器進行控制，如果改變了步進電機的參數可以更好地設計控制器。這種觸發器有利于控制系統，而且控制的電路比較復雜，精度也不會很高，而且生產過程中可能產生比較高的成本。電子功率作為一種執行機構，需要步進電機的轉速控制才能運作，然后根據人們希望的規律進行運動，最終克服傳統控制器的不足。這種運行方式符合工業生產的基本需求，并且有利于提升生產積極性，在數字系統的控制過程中的應用也很廣泛。

2　系統設計原理

步進電機的控制系統一般由鍵盤以及上位機等構成，PC模塊也可以很好的進行控制，這種控制系統的功能很多，包括系統的啟動以及暫停，有利于電機更好的轉速以及轉向，通過三相和四相電機就可以進行控制，通過PC上位機也可以很好的進行控制，為了更好地控制PC單片機，必須要設置各種保護電路。

3　系統的硬件構成

3.1步進電機驅動電路設計

步進電機的驅動一般是管道的控制端口，通過步進電機的P10，P11，P123位接口可以對步進電機的A，B，C 3組進行控制，而且通過各種驅動電路可以更好地控制單片機以及步進電機，通過步進電機可以對軟件進行很好的控制，功率放大器有利于功率的放大，我們知道單片機的輸出為1，反相器就可以成為低電平，而且也不會發生二極管發光的情況，也會讓三極管截止，電機也不利于對電源的接通，如果單片機的接口為0時，那么轉向器就會是高電平而且有利于三極管的導通，電機組可以進行通電，很好地進行電機的驅動，而且可以根據順序的變化對接口的通電順序進行變化，也可以對點擊的方向進行控制，通過隔離的方法控制器以及外部驅動電路，那么就不會對系統產生影響，有利于提升系統的可靠性，而且增強了系統的抗干擾能力，圖中電阻 R14、R21、R22 為 50 ? 起限流作用。第一和第三流為細流二極管，電阻可以通過二極管得到衰減，也能夠很好的保護步進電機，最終保護了功率管，降低了電流的放電次數，而電流次數的不斷下降使高頻工作性能的提升得到了保障。

圖2　驅動電路

圖1　步進電機控制系統框圖

3.2鍵盤電路設計

鍵盤部分需要進行參數設定，而且要注意啟動以及停止功能的操作。在啟動電機的時候需要進行電機的運行，輸入數字之后就可以傳入參數，為了促進系統移動和運轉，需要設置相關的功能鍵，選用 8155 接口芯片作為鍵盤與顯示接口，有16鍵鍵盤和8位led數碼顯示管，8155芯片的片選信號CE與高位地址P2.7連接。

因為平行線通過上拉電阻可以進行電源的連接，如果按鍵不需要向下按時，各個線路就輸出高電平；如果線路出現低電平時，按下按鍵就會產生低電平。據此原理，可以掃描整個鍵盤，也可以對輸入狀態進行檢查，最終確定按鍵的情況。如果沒有按鍵按鈕，新線和年線就會斷開，行線與列線也會斷開。行線上全是高電平，就是不全部為1，獲得的鍵值就是按鍵值，一般掃描鍵盤的時間不長，只需要花費10微秒的時間。但可能會花費較長的按鍵時間，所以只要按鍵按下的時候就可以被掃描，因為激進點的彈性以及電壓的問題，在閉合或者是斷開的瞬間就會產生電壓抖動的情況，所以要做好去抖動處理，通過軟件的延時就可以躲過抖動，一般花費10秒的時間。

3.3顯示電路設計

Led 2極管作為一種顯示元件，通過擴展芯片就可以點燃數碼管。要點亮led數碼管，需要轉換LED的數字段碼，在顯示的過程中要通過查表程序進行轉換，led的轉換方式一般是靜態顯示和動態顯示，本系統主要通過動態顯示的方法來轉換。

系統的設置一般是上下限的溫度報警，如果測量的溫度比系統設置的溫度要高，那么報警系統就會提示。為了促進雙重保險目標的實現，在電路中可以實現蜂鳴報警，通過視覺和聽覺的方法發現系統報警，鍵盤中的鍵會和單片機相連接，所以要進行硬件的抖動處理，一般需要使用16個鍵盤，在這里我們使用了5個鍵盤，降低了硬件損耗。5 個按鍵分別是“進入”、“確定”、“△”、“ ”和“返回”；5 個按鍵分別接入“P3.2”、“P1.0—P1.3I/O”口。在按下按鍵的時候，輸入口一般是高電平，如果沒有發生按鍵事件，輸入口就是低電平，1.0μF 電容用于鍵盤消抖；綠、黃兩個指示燈分別指示溫度源的狀態：自動、手動。高電平有效（TTL），分別接入單片機“P1.4”、“P1.5I/ O”口。

4　軟件結構

4.1軟件設計思想

軟件系統一般需要匯編語言編寫，時鐘的晶振為12mhz，可以根據不同的設計任務進行掃描，而且可以依照不同的功能需要進入模塊中，主要的設計程序包括掃描程序以及按鍵掃描程序，控制系統中單片機可以發生各種脈沖，系統的軟件編制是一種定時訓練，不需要軟件的原始操作，也不會占用許多的CPU，可以更好的進行操作和運行，也能夠更好的操作脈沖信號，步進電機的工作方法以及工作程序如下：

A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。

如果要更好進行通電操作，就要對步進電機進行正轉操作，如果通電程序相反就要對步進電機進行反向操作。在編制各種程序的時候，存儲器必須要能夠存貯各種代碼，這樣單片機接口就可以傳送各種代碼，對于控制步進電機有著良好的作用，要尋找更好的步進電機控制方法，不改變脈沖頻率的方式就可以促使速度改變，但是脈沖頻率不能夠太高，這樣可能會導致電機不轉的情況發生，為了讓電機更加穩定地得到運行，通過定時器就可以對脈沖進行控制，而且可以很好地保證CPU運行，有利于脈沖輸出程序的執行。

4.2軟件總系統設計

一般的流程圖是一種模塊化結構，可以對各種控制量進行映射，也能夠修改模塊，這種模塊是一種無擾動的輸入模式，軟件模塊的功能通過子程序可以得到劃分，程序可以對各個功能進行調動，有利于明確模塊功能，這種直流電源供電的方式有利于電機更好通電，而且有利于電機保持更好的運轉方向，按鍵程序包括按鍵掃描和按鍵抖動，通過對不同的按鍵進行掃描方式，對相關的程序做好各種處理工作。前置的掃描是一種控制型按鍵，因為這種模塊使用了傳統的編碼模式，所以更容易進行程序的編譯，而且資源的占用量不多，可以通過數碼管以及動態的掃描方式進行掃描。

5　結語

單片機的步進電機控制系統可以對鍵盤的參數進行控制，包括進行啟動以及停止操作，顯示器可以輸入數據的運行狀態，通過輸入鍵盤可以帶動電機的工作，因為單片機可以進行電機的控制，而且控制的價格很高，本次步進電機的控制有利于步進速度的控制，對于步進電機更平穩的運行，有利于抗干擾能力加強，而且在許多方面應用很廣泛。

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