基于單片機(jī)及VC++的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下， 電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給 電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周 期性的誤差而無累積誤差，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域，用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn) 單[1]。本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89S52 單片機(jī)和VC++的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn) 電機(jī)的基本控制及狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。

　　2 系統(tǒng)組成

　　使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖源、功率放大電路等部分組成控制系統(tǒng)，脈沖信號(hào) 一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號(hào)的占空比為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則 越大。功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài) 平均電流而非靜態(tài)電流，平均電流越大，電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大，這就需要驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的驅(qū)動(dòng)方式。到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式 一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流等[2]。

　　本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，脈沖信號(hào)由單片機(jī)AT89S52產(chǎn)生并分配給步進(jìn)電機(jī)各相，功率放大部分由驅(qū)動(dòng)電路完成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)模塊采用35BY48S03永磁式步進(jìn)電機(jī)，用戶利用4*4鍵盤或上位機(jī)的控制界面實(shí)現(xiàn)指令輸入，采用上位機(jī)或1602字符型液晶模塊實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行狀態(tài)。

　　3 硬件設(shè)計(jì)

　　3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路

　　單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，時(shí)鐘電路采用內(nèi) 部振蕩方式，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多[3]。復(fù)位電路作用是使單片機(jī) 的片內(nèi)電路初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。復(fù)位電路采用2種基本形式：上 電復(fù)位、開關(guān)復(fù)位。

　　3.2 鍵盤電路

　　設(shè)計(jì)P1口接4*4鍵盤，鍵盤電路圖如圖2所示：

　　3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

　　35BY48S03型步進(jìn)電機(jī)接線圖如圖3所示，從圖中可以看出，電機(jī)共有四組線圈，四組線圈的一個(gè)端點(diǎn)連在一起引出，這樣一共有5根引出線。要使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，只要以一定的 次序輪流給各引出端通電即可，加電的方式可以有多種，包括單相驅(qū)動(dòng)、雙相驅(qū)動(dòng)、單－雙 相驅(qū)動(dòng)等，相應(yīng)步進(jìn)角有整步和半步區(qū)分。在本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，采用單相驅(qū)動(dòng)和單－雙相 驅(qū)動(dòng)兩種加電方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　根據(jù)該電機(jī)參數(shù)，不難設(shè)計(jì)出驅(qū)動(dòng)電路，因其工作電壓為12V，最大電流為0.26A，因 此用一塊開路輸出達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器(ULN2003)作為驅(qū)動(dòng)，通過P2.7-P2.4來控制各線圈的接通與 切斷。如果要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度只要改變兩次接通之間的時(shí)間，而要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向， 只要改變各線圈接通的順序[4]。