單片機控制步進電機的原理

本資料詳細介紹鄧步進電機的工作原理以及單片機控制步進電機的特點。步進電機是數字控制電機，它將脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度，因此非常適合于單片機控制。

??? 步進電機可分為反應式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機。步進電機區別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數決定，而電機的轉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、中低速時具備高轉矩、高信賴性、小型、高功率等特征，使其具有廣泛的應用。

??? 一、步進電機的工作原理

??? 步進電機是機電控制中一種常用的執行機構，它的用途是將電脈沖轉化為角位移，它的的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由單片機產生。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控制脈沖個數即可以控制角位移量，從而達到準確定位的目的。控制步進電機的轉向，即給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉，若按反序通電換相，則電機就反轉。控制步進電機的速度，即給步進電機發一個控制脈沖，它就轉一步，再發一個脈沖，它會再轉一步，兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

??? 二、設計方案

??? 本設計采用51單片機AT89C51（晶振頻率為12MHZ）對四相六線制步進電機（內阻33歐，步進1.8度，額定電壓12V）進行控制。通過I/O口輸出的具有時序的方波作為步進電機的控制信號，信號經過芯片ULN2003驅動步進電機。ULN2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN 達林頓管組成。ULN2003 的每一對達林頓都串聯一個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準邏輯緩沖器來處理的數據。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關態時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。通過ULN2003構成步進電機的驅動電路，電路圖如圖1所示。51的25-28口接ULN2003的1-4輸入端。另外，用鍵盤來對電機的狀態進行控制，并用數碼管顯示電機的轉速，采用74LS164作為2位單個數碼管的顯示驅動。74LS164帶鎖存，使用串行接法可以節約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發送數據。

圖1 51單片機控制步進電機線路圖

圖2 顯示電路圖

??? 三、預期目標

??? 將圖1圖2連接起來，使之實現：按下啟動鍵，電機旋轉，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/分，最低速度為25轉/分，按下停止鍵，電機停轉。速度值在數碼管上顯示出來。

??? 綜合以上選取的方案，總的流程如圖3所示。

圖3 系統電路流程圖

??? 結束語

??? 設計的步進電機基本能實現預期目標，經過調試和修改，但還是存在問題，比如按開關的時候會出現不穩定情況，轉速有時比較亂，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行修改，以完全達到預期目標。