摘要：設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)綜合控制系統(tǒng)采用ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片，簡(jiǎn)化了硬件電路設(shè)計(jì)，采用改變勵(lì)磁方向控制步進(jìn)電機(jī)方向控制， 采用改變脈沖頻率控制步進(jìn)電機(jī)速度控制，優(yōu)化了控制算法，設(shè)計(jì)思路清晰。

　　關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī),單片機(jī),ULN2003,速度控制,方向控制

　　中圖分類號(hào)：TM301.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000-8772(2013)29-0000-02

　　步進(jìn)電機(jī)是一種利用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖時(shí)，它便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度，脈沖持續(xù)的輸入，電機(jī)便不停轉(zhuǎn)動(dòng)，它是數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件[1]。在非超載情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的[2]。

　　一、控制要求

　　利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)工作，按下正轉(zhuǎn)按鍵后步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)，按下反轉(zhuǎn)按鍵后步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)，每按一下加速按鍵步進(jìn)電機(jī)速度加一級(jí)，每按一下減速按鍵步進(jìn)電機(jī)速度減一級(jí)，已知步進(jìn)電機(jī)共九級(jí)，系統(tǒng)上電后步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度為五級(jí)。

　　二、控制方案

　　(一)硬件電路

　　根據(jù)控制要求，步進(jìn)電機(jī)綜合控制電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、功能按鍵、驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)四部分組成，其中單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1 步進(jìn)電機(jī)綜合控制系統(tǒng)框圖

　　時(shí)鐘電路由12MHz晶振和兩個(gè)30pf電容組成，復(fù)位電路由10K電阻、復(fù)位按鍵和10uf電解電容組成;功能按鍵包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速四個(gè)按鍵;驅(qū)動(dòng)電路由ULN2003組成。步進(jìn)電機(jī)電路如圖2所示。

　　(二)控制原理

　　如果要控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正確的定位和控制，必須按照一定的順序?qū)Ω飨嗑€圈進(jìn)行圖2 步進(jìn)電機(jī)電路

　　勵(lì)磁。四相步進(jìn)電機(jī)有四相繞組，分別為A、B、C、D，可采用單—雙相勵(lì)磁方式，即每種狀態(tài)一相勵(lì)磁和雙相勵(lì)磁交替進(jìn)行。四相步進(jìn)電機(jī)各相循環(huán)勵(lì)磁，只要改變勵(lì)磁順序，就可以改變步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。 步進(jìn)電機(jī)雙相4拍勵(lì)磁輸入脈沖順序如下：

　　正轉(zhuǎn)：(A、B)→(B、C)→(C、D)→(D、A)→(A、B)

　　反轉(zhuǎn)：(D、A)→(C、D)→(B、C)→(A、B)→(D、A)

　　步進(jìn)電機(jī)的速度取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，其角速度與頻率成正比，因而在轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)一定的情況下，只要控制脈沖頻率即可獲得所需速度。步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度越快負(fù)載轉(zhuǎn)矩越小，當(dāng)速度快至其極限時(shí)，步進(jìn)電機(jī)即不再運(yùn)轉(zhuǎn)，所以步進(jìn)電機(jī)每走一步后，程序必須延時(shí)一段時(shí)間。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)只走一步，若步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈需60個(gè)脈沖，則每走一步旋轉(zhuǎn)6°。

　　(三)流程圖

　　步進(jìn)電機(jī)綜合控制程序包括主程序和中斷程序兩部分，主程序流程圖如圖3所示，中斷程序流程圖如圖4所示。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 王海波;吳曉光;李沛;余祎琴..基于AT89S52單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新,2009(22)：161-162.

　　[2] 曾遠(yuǎn)藩;祝連慶;那云虓;常海濤. 基于DSP的步進(jìn)電機(jī)加減速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).工具技術(shù),2013(1)：39-40.