單片機控制步進電機的原理

本資料詳細介紹鄧步進電機的工作原理以及單片機控制步進電機的特點。步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機控制。

步進電機可分為反應(yīng)式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機。步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、動作靈敏、開回路控制不必依賴傳感器定位、中低速時具備高轉(zhuǎn)矩、高信賴性、小型、高功率等特征，使其具有廣泛的應(yīng)用。

一、步進電機的工作原理

步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，它的的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達到準確定位的目的。控制步進電機的轉(zhuǎn)向，即給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)?？刂撇竭M電機的速度，即給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步，兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。

二、設(shè)計方案

本設(shè)計采用51單片機AT89C51（晶振頻率為12MHZ）對四相六線制步進電機（內(nèi)阻33歐，步進1.8度，額定電壓12V）進行控制。通過I/O口輸出的具有時序的方波作為步進電機的控制信號，信號經(jīng)過芯片ULN2003驅(qū)動步進電機。ULN2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN 達林頓管組成。ULN2003 的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。通過ULN2003構(gòu)成步進電機的驅(qū)動電路，電路圖如圖1所示。51的25-28口接ULN2003的1-4輸入端。另外，用鍵盤來對電機的狀態(tài)進行控制，并用數(shù)碼管顯示電機的轉(zhuǎn)速，采用74LS164作為2位單個數(shù)碼管的顯示驅(qū)動。74LS164帶鎖存，使用串行接法可以節(jié)約I/O口資源。其電路圖如圖2所示。通過51的TXD和RXD口對CLK和DATA發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖1 51單片機控制步進電機線路圖

圖2 顯示電路圖