基于單片機及VC++的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計

　　1 引言

　　步進電機是將電脈沖信號轉(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， 電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給 電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周 期性的誤差而無累積誤差，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域，用步進電機來控制變的非常的簡 單[1]。本文設(shè)計了一種基于AT89S52 單片機和VC++的步進電機控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對步進 電機的基本控制及狀態(tài)實時顯示。

　　2 系統(tǒng)組成

　　使用、控制步進電機必須由環(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 一般由單片機或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機轉(zhuǎn)速越高，占空比則 越大。功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài) 平均電流而非靜態(tài)電流，平均電流越大，電機力矩越大，要達到平均電流大，這就需要驅(qū)動 系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的驅(qū)動方式。到目前為止，驅(qū)動方式 一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流等[2]。

　　本文設(shè)計系統(tǒng)中，脈沖信號由單片機AT89S52產(chǎn)生并分配給步進電機各相，功率放大部分由驅(qū)動電路完成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　本文所設(shè)計系統(tǒng)中，步進電機模塊采用35BY48S03永磁式步進電機，用戶利用4*4鍵盤或上位機的控制界面實現(xiàn)指令輸入，采用上位機或1602字符型液晶模塊實時顯示運行狀態(tài)。

　　3 硬件設(shè)計

　　3.1 單片機最小系統(tǒng)電路

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

　　3.2 鍵盤電路

　　設(shè)計P1口接4*4鍵盤，鍵盤電路圖如圖2所示：

　　3.3 電機驅(qū)動電路

　　35BY48S03型步進電機接線圖如圖3所示，從圖中可以看出，電機共有四組線圈，四組線圈的一個端點連在一起引出，這樣一共有5根引出線。要使步進電機轉(zhuǎn)動，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、雙相驅(qū)動、單－雙 相驅(qū)動等，相應(yīng)步進角有整步和半步區(qū)分。在本文設(shè)計的系統(tǒng)中，采用單相驅(qū)動和單－雙相 驅(qū)動兩種加電方式驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)。

　　根據(jù)該電機參數(shù)，不難設(shè)計出驅(qū)動電路，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林頓驅(qū)動器(ULN2003)作為驅(qū)動，通過P2.7-P2.4來控制各線圈的接通與 切斷。如果要改變電機的轉(zhuǎn)動速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機的轉(zhuǎn)動方向， 只要改變各線圈接通的順序[4]。