基于單片機的步進電機控制系統研究

張秀輝+蘇娛

摘要：本課題探究單片機控制步進電機為核心的控制系統，能夠提高系統的性能。但是現有的系統控制系統做得相對復雜一些，從用戶的角度考來看還存在許多缺陷，用戶使用過程出現操作不方便，所以讓控制系統設備不夠人性化。同時各種技術界限太明顯，也就導致了彼此之間的相關性太少，和工程實踐有機結合的技術不好利用過來，出現脫節的現象。同時課題中探究了常用的驅動技術和單片機技術應用，并且介紹了單片機為控制核心的系統設計理念，這里探究的是基于單片機的步進電機控制系統的性能分析和實現過程。

關鍵詞：步進電機；控制系統；單片機；驅動技術

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）12-0279-02

1步進電機概述

1.1反應式步進電機原理

步進電機結構差不多和普通電機一樣，如轉子、定子和反應式步進電機的定子繞組電動機基本組件也有。一般來說，反應式步進電機的工作原理是使用物理“磁通總是試圖使它通過磁阻最小的路徑”磁阻轉矩，一步一步由電動機可以出現。只是步進電機定子繞組可分為階段，每個階段的兩極，有許多牙齒，轉子軸上有很多齒。下面探究的步進電機旋轉的最關鍵因素是錯齒。

1.2四相步進電機

1.2.1四相步進電機結構

本課題中探究的四相步進電機和普通電機一樣，轉子和定子繞線機的一些基本的步進電機也有反應。四相步進電機定子繞組在這里是可以分為四個階段，這里說到的每個階段的極性，有許多牙齒，另外我們可以知道相同的轉子軸上都有非常多的齒。

1.3四相步進電機通電原理

1.3.1控制步進電機的速度

我們知道對于步進電機轉速直接相關于單片機輸出的具體脈沖頻率值，倘若想要改變步進電機的整個旋轉速度的大小，那么我們也是只需轉變這里的控制單片機輸出的具體脈沖頻率值。

1.3.2控制步進電機的轉向

本課題中探究的步進電機旋轉方向與內部繞組電順序關系密切，因此，這里需要改變步進電機的整個轉動，那么只要改變每相繞組電先后的這樣順序。又或者是改變每相繞組電流的順序來掌握整個的步進電機的轉動過程。

2步進電機控制系統

2.1步進電機控制系統組成

步進電機控制系統是一個有機的完整的整體，由運動控制系統和操作控制系統組成。由操作系統完成把操作者的操作轉化為運動控制系統能接受的電信號，運動控制系統隨之作出反應，完成規定動作。運動控制是一門有關如何對物體位置和速度進行控制的技術。典型的運動控制系統應由三部分構成：控制部分、驅動部分、執行部分。

步進電機控制系統是一個有機的整體，整體是由運動控制系統和操作控制系統。由操作系統完成運營商的轉型為運動控制系統可以接受電信號，運動控制系統可以反應，全套。運動控制是如何控制對象位置和速度的技術。典型的運動控制系統應由三部分組成：控制部分、傳動部分、執行部分。

2.2驅動控制系統組成

2.2.1脈沖信號分配

通常來說對于步進電機電子換向的整個控制來說，也即是脈沖信號的這樣一個分布。這里介紹的是軟件和硬件的方法通常比較多地被用于脈沖信號分布的整個過程中。

1）硬件法

一般來說，硬件方法指的是特殊的這樣一種脈沖分配裝置用于控制整個脈沖信號的分布，使之能夠很好地控制步進電機相序的這樣一個效果。例如我們知道的PMM8713，能夠很好地完成這個控制單片機輸出的脈沖信號，通過組合邏輯電路將其轉換成各相繞組，這里我們也就是利用電源信號的時序邏輯。通常來說我們特殊脈沖的這個分配器由觸發器組合的這樣一類邏輯電路，它的作用是：根據指令控制我們的這些信號，然后直接放大器按照一定的邏輯關系，按照一定的操作模式使得我們的這些步進電機運行起來。

課題中我們知道硬件方法和專用脈沖的這些分配器，一般來說單片機的使用會慢慢下降，并且我們單片機只產生一步脈沖，對于整個控制步進電機的速度和這里的具體轉向，另外這個脈沖的具體分配僅僅是通過我們的脈沖分配器PMM8713來最后實現的。由于我們的這個單片機的負擔也減少，因此，編寫的程序，會更容易。

2）軟件法

本課題中探究的軟件方法可以采用的方式編寫軟件程序，通常來說也是讓這個步電動機電流變換的整個順序按照順序原先完成的具體程序，利用我們的這個單片機工作I / 0接口驅動電路的方法來測量輸出的具體脈沖信號。在我們的生產過程中步進電機，這里的步進電機一般來說也是通過控制脈沖旋轉來完成這樣的整個過程，是因為它會需要非常多的這樣一個CPU時間，所以也就會導致在兩邊沖單片計算機。在這樣的情況下連接的單片機，會導致無法進行其他工作，這就是為什么軟件方法會受到一定的這個限制。

2.2.2脈沖信號的產生

一般需要控制步進電機脈沖信號由單片機負責來生成。本課題中探究的單片機脈沖信號的這個波形以及這里的振幅脈沖是一個常規的0到5 v，通常來說這里的發電功率和時間可以使用純延時程序來控制整個的軟件編程過程。

2.3單片機控制步進電機控制系統

本課題探究了驅動脈沖的具體分配方法，能夠通過我們的這個硬件盒子脈沖分配器。這里我們見利用脈沖分配器的這個特點，即已經標準化并且能夠在我們的市場上購買，不過這里的整個成本相對來說也是比較高的。一般來說是可以通過單片機軟件驅動我們的這個步進電機，利用我們的這個編程的方式，同時還有自由在一定范圍的步進電機轉速、旋轉角度和旋轉前后的數量，等等，另外來說還能夠較為方便靈活地控制步進電機，從而較好地滿足我們這些不同用戶的這樣一些需求。本課題中探究的系統采用并行控制，是通過直接控制步進電機的這樣一個驅動電路。另外也是利用控制軟件，對我們的單片機有序的完成整個的繞組脈沖電流，從而達到一個能夠控制電機的這樣一個轉動，最后也就自然地實現數字角度的這樣一個轉換。

通常來說我們的步進電機控制使用的這樣一種軟件方法，也就是通過利用單片機來完成的，這樣的一個電路，能夠很好地降低整個的成本。并且可以采用單片機來控制步進電機控制方法。這里也是用軟件代替環形的這樣一種分配器，從而來實現步進電機的整個最佳的控制狀態。

2.4功率放大器

通常來說這個單片機的輸出脈沖電流太小，都是功率放大器電路的需要增加。所以說我們的驅動系統是比較關鍵的一個部分是我們的功率放大器。具體來看我們驅動步進電機旋轉是要放大脈沖信號的。通常來說平均電流和電機轉矩成正比的這樣一種關系，因此我們的電動機驅動系統盡可能克保證我們的額平均電流更大的這樣一個目標。高功率管或特殊驅動為核心的設備可用于控制電路。另外我們知道，可以依據不一樣的需求和不一樣的這個場合用不一樣的這個驅動模式。

3系統軟件設計

3.1基礎實現方案軟件程序設計分析

步進電機的控制電路四相步進電機。本課題中為了使步進電機的整個負載能力更好，同時可以做到更加平穩地運行，這里可以選擇拍的這樣一種驅動方式。所以在步進電機定子繞組在按照一定的順序依次通電的整個過程中，我們的轉子沿一定方向一步一步。四個階段電力秩序的八拍：第一階段線圈電，然后轉換成A，B兩相線圈加電，，獨自BC兩相線圈同時通電……

4結語

本課題探究的步進電機控制系統能夠將電子技術、驅動技術還有我們的單片機技術巧妙的關聯，不僅實質性幫助我們整個控制系統工程實踐，同時好對當前的這個高職教學有幫助。步進電機的固定角度的這個旋轉控制關鍵就是利用這個電脈沖信號控制相繞組從而來完成整個電流實現，和別的這些電動機相比較來看，我們的步進電機具有很多的這些優勢，例如相對容易實現精確控制我們的系統，同時沒有積累誤差等等，所以說現在各種步進電機已經漸漸得到了廣泛應用。本課題探究的是單片機的步進電機控制系統，不僅適應性比較強，而且使用起來非常簡單，同時性能也比較可靠。

參考文獻：

[1] 劉興輝.畢國玲.步進電機的單片機控制系統研制[J].遼寧大學學報，2007，34（4）.

[2] 徐益民.步進電機的單片機控制系統的設計[J].煤礦機械，2005（6）：67-68.

[3] 明雷凱.步進電機細分驅動技術的研究[D].蘇州大學，2008.

[4] 李忠杰.寧守信.步進電動機應用技術[M].機械工業出版社，1998：45-46.

[5] 畢紹新.步進電機驅動控制的應用研究[D].天津大學，2003.

[6] 王盈.步進電機的細分驅動及動態性能仿真[D].大連交通大學，2007.

[7] 丁偉雄.步進電機的控制原理及其單片機控制實現[J].煤礦機械，2005（6）：12-13.

[8] 劉興輝.畢國玲步進電機的單片機控制系統研制[J].遼寧大學學報，2007，34（4）.