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单片机对步进电机的控制

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发表于 2011-7-13 23:58:25 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本文阐述了步进电机的工作原理以及单片机控制步进电机的特点。步进电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制。% x& V* b0 g7 S0 g3 [
步进电机可分为反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是,它是通过输入脉冲信号来进行控制的,即电机的总转动角度由输入脉冲数决定,而电机的转速由脉冲信号频率决定。它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、动作灵敏、开回路控制不必依赖传感器定位、中低速时具备高转矩、高信赖性、小型、高功率等特征,使其具有广泛的应用。1 A" N8 g$ I/ ]- D4 s
一、步进电机的工作原理
# M' T3 x/ R3 ]  G+ G9 F步进电机是机电控制中一种常用的执行机构,它的用途是将电脉冲转化为角位移,它的的驱动电路根据控制信号工作,控制信号由单片机产生。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,控制换相顺序,即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量,从而达到准确定位的目的。控制步进电机的转向,即给定工作方式正序换相通电,步进电机正转,若按反序通电换相,则电机就反转。控制步进电机的速度,即给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再转一步,两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
+ T# q0 b9 K$ x' A1 e- w二、设计方案
9 C% U# j( y8 g3 y8 R本设计采用51单片机AT89C51(晶振频率为12MHZ)对四相六线制步进电机(内阻33欧,步进1.8度,额定电压12V)进行控制。通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号,信号经过芯片ULN2003驱动步进电机。ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN 达林顿管组成。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高,工作电流大,灌电流可达500mA,并且能够在关态时承受50V 的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。通过ULN2003构成步进电机的驱动电路,电路图如图1所示。51的25-28口接ULN2003的1-4输入端。另外,用键盘来对电机的状态进行控制,并用数码管显示电机的转速,采用74LS164作为2位单个数码管的显示驱动。74LS164带锁存,使用串行接法可以节约I/O口资源。其电路图如图2所示。通过51的TXD和RXD口对CLK和DATA发送数据。+ z) v! m* d% h0 J. R! s* T8 ^
0903132359335660.bmp 9 d0 k( |6 g* b7 L
图1 51单片机控制步进电机线路图
5 g* `$ h6 k6 B) V. T! D 090314000011001.bmp
( A2 d. }0 H* p5 R图2 显示电路图
- W" e; B: J" o8 ^0 {8 |+ D3 W% D三、预期目标1 n) f2 j: r% i# L' s& |
将图1图2连接起来,使之实现:按下启动键,电机旋转,按下加1键,速度增加,按下减1键,速度降低,最高速度为100转/分,最低速度为25转/分,按下停止键,电机停转。速度值在数码管上显示出来。* e: Y% l+ N+ R  O( Y! `
综合以上选取的方案,总的流程如图3所示。
& U8 U1 `6 D" _- e 090314000102242.bmp : L) T7 L! A# X; x
图3 系统电路流程图1 g0 H! Y" C0 Z, h
结束语- i/ A% `% ?$ e
设计的步进电机基本能实现预期目标,经过调试和修改,但还是存在问题,比如按开关的时候会出现不稳定情况,转速有时比较乱,显示有时也有些不理想,后面的工作就是在软件和硬件等方面进行修改,以完全达到预期目标。【MechNet】+ o; W+ b( }, }$ p7 `, a' j0 F
文章关键词: 电机
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