單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的原理

單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的原理

本資料詳細(xì)介紹鄧步進(jìn)電機(jī)的工作原理以及單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的特點。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。

??? 步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、動作靈敏、開回路控制不必依賴傳感器定位、中低速時具備高轉(zhuǎn)矩、高信賴性、小型、高功率等特征，使其具有廣泛的應(yīng)用。

??? 一、步進(jìn)電機(jī)的工作原理

??? 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，它的的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，即給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)的速度，即給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步，兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。同時通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

??? 二、設(shè)計方案

??? 本設(shè)計采用51單片機(jī)AT89C51（晶振頻率為12MHZ）對四相六線制步進(jìn)電機(jī)（內(nèi)阻33歐，步進(jìn)1.8度，額定電壓12V）進(jìn)行控制。通過I/O口輸出的具有時序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號，信號經(jīng)過芯片ULN2003驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。ULN2003 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個硅NPN 達(dá)林頓管組成。ULN2003 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。通過ULN2003構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路，電路圖如圖1所示。51的25-28口接ULN2003的1-4輸入端。另外，用鍵盤來對電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，并用數(shù)碼管顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，采用74LS164作為2位單個數(shù)碼管的顯示驅(qū)動。74LS164帶鎖存，使用串行接法可以節(jié)約I/O口資源。其電路圖如圖2所示。通過51的TXD和RXD口對CLK和DATA發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖1 51單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)線路圖

圖2 顯示電路圖

??? 三、預(yù)期目標(biāo)

??? 將圖1圖2連接起來，使之實現(xiàn)：按下啟動鍵，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，按下加1鍵，速度增加，按下減1鍵，速度降低，最高速度為100轉(zhuǎn)/分，最低速度為25轉(zhuǎn)/分，按下停止鍵，電機(jī)停轉(zhuǎn)。速度值在數(shù)碼管上顯示出來。

??? 綜合以上選取的方案，總的流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)電路流程圖

??? 結(jié)束語

??? 設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)基本能實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，經(jīng)過調(diào)試和修改，但還是存在問題，比如按開關(guān)的時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，轉(zhuǎn)速有時比較亂，顯示有時也有些不理想，后面的工作就是在軟件和硬件等方面進(jìn)行修改，以完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。