单片机的步进电机控制系统研究

金色传说

, K4 e6 R! l0 d/ p! ?摘要:在电气时代的今天,电动机一直在现代的生产和生
% P' w; H/ }' H* V9 C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
8 v8 u: c1 j" J, S' u( Z个角度,称为一步或步矩角,非常适合徽机和单片机控制。
关键词:单片机;步进电机;控制系统
) y; _  `6 p% C+ [  V/ b" P$ C) j/ v& 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
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
& t; u5 z, U0 K: J  }0 K" B  W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
& B# P# d2 o% v4 }0 @2 U及自动化设备中得到了广泛的应用。
一、设计方案
3 T$ r3 T/ w6 Z. ]$ u/ l9 @0 w! K本控制系统采用ATMEL公司MCS -51系列单片机AT89C51
0 ~) m! ?9 z8 a4 y, ~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
/ s; l9 v+ W0 D- K- i% I) i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，
) d% L4 l* q" s0 m% h; L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
5 Z$ n( i( x$ w- B电机。
二硬件结构
! O8 P. c; z' j+ c1 q( d1 h2硬件结构
- d* |3 e9 O7 ^+ s6 {3 s. g: t. h2.1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
' w+ ]( F. y4 Y$ x2 ]4 @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,
* Y/ x& n) V7 J% \! h! ?6 w3 `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
, x- S: ]; Z/ I$ I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
, h. f8 p+ R  Z! Y# [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,
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
" c! y7 t- F0 N; v+ ?$ U$ w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
. w% F0 `" f+ [: V( Y$ i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
0 ^7 L  v$ K. P# Y& Y/ r" @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。