单片机的步进电机控制系统研究

金色传说

摘要:在电气时代的今天,电动机一直在现代的生产和生
" [% Y2 X; h2 `8 p# n+ Z8 Y" b9 G# Y活起着十分重要的作用。步进电动机作为机电一体化的关
键产品之一,是一种专门用于位置和速度精确控制的特种
电机,其最大特点是“数字性”,在控制器的推动下运转一
0 z8 v( O+ M! [个角度,称为一步或步矩角,非常适合徽机和单片机控制。
. d) @9 Z1 C: c! m关键词:单片机;步进电机;控制系统
% L( [! r. U/ Y/ K. G随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱
! d; Z2 U7 X; j, y/ }增,在国民经济各个领域都有应用。步进电机是开环伺服系统的
  l8 E* ?9 a! x- ?执行元件,它将脉冲信号转换成直线或角位移,具有较好的控制
* V; e6 N8 I; @1 q( ?8 w- T性能,其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数
# L7 }, c. y2 o0 g' S脉冲内完成,且可获得较高的控制精度,因此在经济型数控机床
. n! l5 R6 N9 g# Q及自动化设备中得到了广泛的应用。
一、设计方案
本控制系统采用ATMEL公司MCS -51系列单片机AT89C51
, t1 G4 _$ P& r8 `作为微处理器。AT89C51 是- -种低功耗、高性能的8位CMOS微
处理芯片，片内带有4k字节的闪速可编程、可擦除只读存储器
(PEROM),与工业标准的80C51指令集和管脚分布相兼容。系统采
用的步进电机为QH4--4119型两相永磁式步进电机，每相线圈的
电阻约为700。笔者采用单电压驱动电路来驱动步进电机,在本
7 \/ R: X0 z* ^) S$ A质上它是一个简单的反相器。该驱动电路--般适用于小功率步进
3 g& b- M( w) C/ K电动机的驱动。本设计中的步进电机都是小功率的步进电动机，
5 P1 ^  j% j, b! G0 f+ c通过对软件的控制来改变步进电机的转速大小和正反转向的要
# h) ]6 q7 w4 v" y/ R# X求。电源电路采用单路固定稳压电源电路,并提供给硬件电路工
8 W1 c9 b3 Y( f作电源,使用加速键、减速键、启停键、正反转键、运动键控制步进
9 m4 C- v( ]/ X% t7 f电机。
二硬件结构
1 r6 j- _3 Q, U9 I! }' ]1 o- H2硬件结构
# i3 s% |# W8 u# U% F) ~2.1电源部分。(1)工作原理将外界低压交流电通过4个二极管组
0 E: |. E: D: G2 x7 F成的整流桥进行整流并通过电容滤波,最后经稳压器7812.7805稳
压输出+12V、+5V的直流稳压电源.由于稳压器7812所能承受的电,
压范围为15~-45V最佳输入电压取值为15~20V,所以选择比较适合
的15V交流电作为输入电源.硬件电路工作原理图见图1.(2)参数
计算根据整流桥特性RC>10ms,R=UI(R为负载电
阻),所以Cl>10ms?IU.本设计使用的步进电机型号为QH4-4119,
9 o1 [: R6 D6 j2 x7 Q) T) z+ E将两组线圈的中间抽头对接起来,形成四相线圈，每相线圈的电
阻约为35Q.按本设计的驱动电路计算，电路正常工作时流经每相
的电流约为200mA(计算方法参照步进电机驱动电路的参数计
  w3 W: V) }, n算),设计中用的步进电机共为四相,所以流经整流桥后端、供电极
工作的电流要求最少为1.2A,再加上后端控制电路的电流,估计

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IC老和尚

AT89C51 是一种低功耗、高性能的8位CMOS微处理芯片，片内带有4k字节的闪速可编程、可擦除只读存储器(PEROM),与工业标准的80C51指令集和管脚分布相兼容。