单片机的步进电机控制系统研究

金色传说

- A  c5 I3 H3 C8 h摘要:在电气时代的今天,电动机一直在现代的生产和生
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
$ U( ?) ?1 R0 w5 J, m4 W$ l电机,其最大特点是“数字性”,在控制器的推动下运转一
5 f; R  \5 R* p7 K6 L: o个角度,称为一步或步矩角,非常适合徽机和单片机控制。
! S7 N% B7 q: q: h! M+ o& v) P% W关键词:单片机;步进电机;控制系统
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
' P1 @1 X: G& s. _/ j2 i7 R( w& T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
5 r* H5 ~1 x1 e: O! Q$ K7 w. _; O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
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
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
- @. \4 D" N$ b) y8 F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
2 K5 H. b7 n3 P* E% j$ R8 n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
( Q8 m2 E& `) Z4 C- W- k1 @  s(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
- A9 l! s3 i, p) R5 R# r" p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
1 h# }' a) }7 v4 u6 ^/ o9 k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
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，
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
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
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
电机。
二硬件结构
" z- ]0 q- ^! Q0 |/ O8 `0 B5 z2硬件结构
) L' d  ]( A3 G$ I" f4 p8 F# U2.1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
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,
' x* `7 B# N  U& |# @* U7 R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
1 u; t8 [* E4 r! M$ g9 D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
# ~, k% ^! A9 g$ c# a& D- x阻),所以Cl>10ms?IU.本设计使用的步进电机型号为QH4-4119,
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
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。