单片机的步进电机控制系统研究

金色传说

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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
3 [4 W( m0 a) t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
4 k$ A5 m  l: h' x6 E. G6 ]个角度,称为一步或步矩角,非常适合徽机和单片机控制。
6 o9 p2 ]+ p" N! i$ }8 R1 a- r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
' s) Y) M8 Y, v+ H( ?9 k! R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
' Q0 Y% j, a5 D0 q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
及自动化设备中得到了广泛的应用。
一、设计方案
' G. W9 q* ^3 q  k$ j( N5 K  O本控制系统采用ATMEL公司MCS -51系列单片机AT89C51
! ]* N4 D' {5 w' f9 L3 h; ]作为微处理器。AT89C51 是- -种低功耗、高性能的8位CMOS微
8 u% f( V2 b# ]0 b6 p) J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
5 h7 i' ]: r+ U(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
, e# R; S" j4 o+ k: V0 N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
5 ]  @2 r) ?% ?  Y" G' b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，
3 Q+ \" R/ d3 g! |9 Z8 L/ k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
# ~2 J% Z$ ?) e, a7 D8 V# R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
, G7 Q3 S2 {% \; c& `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。
+ U) _$ X& I, _- f% Y二硬件结构
$ F  k1 x+ F1 y2 X7 A2硬件结构
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
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,
, ^4 y) s7 M$ s. y+ n! j  Q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
9 z  `; a' X# l) m9 t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
) n- h; d+ K$ a2 t- l计算根据整流桥特性RC>10ms,R=UI(R为负载电
9 G' J! S; ?- E阻),所以Cl>10ms?IU.本设计使用的步进电机型号为QH4-4119,
+ q0 ^$ {$ c' i, |8 z8 E. g9 `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
9 u# A5 X7 w4 D1 o" v5 J# x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
6 ^/ E* F9 ~* V0 ]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。