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摘 要 ： 近年來 ， 步進電機憑借其定位精度高 、 使用方便 、 性價比高 、 容易控制等優(yōu)點 ， 在各領域受到廣泛應用 。 文中利用C52 單片機設計了一種步進電機控制系統(tǒng) ， 介紹了其總體方案 、 主控制模塊 、 驅動電路 、 鍵盤 、 晶振電路模塊等 ， 并使用Protues繪制仿真圖 ， 與編程軟件進行聯(lián)合調試仿真 。 仿真結果表明 ， 所設計的步進電機控制系統(tǒng)正確有效 。
關鍵詞 ： 單片機 ； 步進電機 ； 控制系統(tǒng) ； 研究 ； 仿真
0 引 言
步進電機又稱脈沖電動機，憑借其定位精度高、使用方便、性價比高、容易控制等優(yōu)點，在辦公自動化、工廠自動化和計算機外部設備等領域中受到廣泛應用 ，故對其控制系統(tǒng)的研究頗為重要。
本文采用 C52 單片機 設計步進電機的控制系統(tǒng)，并使用 Protues 繪制仿真圖，同時與編程軟件（ Keil4 ）進行聯(lián)合調試仿真，仿真結果表明，所設計的步進電機控制系統(tǒng)使用便捷、有效。
1 步進電機簡介
步進電機是一種感應電動機，根據電子電路的原理將直流電變?yōu)榉謺r供電、多相時序控制的電流，用分時電流為步進電機供電，使步進電機正常工作，而驅動器就是一種能為其分時供電，多相時序的控制器 。
步進電機在不超過負載的情況下，其轉速、停止的位置只由脈沖頻率以及脈沖數(shù)決定，而負載以外的變化對其無影響，當驅動器接收到一個脈沖信號時，便會驅動步進電機按設定好的方向轉動一個固定的角度（“步距角”），其旋轉按設定方向一步步運行。步進電機通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到精準定位。同時也可通過控制脈沖頻率來控制其速度與加速度，從而達到調速的目的。
2 硬件設計
本文以 STC89C52 單片機為核心處理器，將按鍵作為輸入模塊，以控制步進電機的正轉、反轉、步進，并實現(xiàn)正反轉。步進電機選用 28BYJ-48 型四相八拍式步進電機，系統(tǒng)構成如圖 1 所示。
由于單片機直接輸出的脈沖信號不大，無法讓步進電機正常工作，因此不能將其直接連接到步進電機上，需要在它們之間加上一個驅動電路。對于直流電流小于 0.5 A 的步進電機來說，可通過型號為 ULN2003A 的達林頓芯片來驅動步進電機，從而使其正常工作。ULN2003A 系列驅動器的引腳與步進電機連線示意圖如圖 2 所示。左邊 1 ～ 7 為輸入端，接單片機P2 口的輸出端，驅動信號由 P2 口的 P2.0 至 P2.3 輸出，左側10～ 16 為輸出端引腳，接步進電機，引腳 9 接 5 V 電源，該驅動器提供的電流最高為 0.5 A 。
鍵盤是由若干按鍵組成的按鍵矩陣，是一種最簡單的單片機輸入設備，通過鍵盤輸入相應數(shù)據和指令來實現(xiàn)人對機器的控制，鍵盤電路如圖 3 所示。
本文采用外部中斷的方式。信號輸入部分為 P3 口， P1 口為發(fā)光二極管顯示部分，P2 口作為電機的驅動部分，整體仿真電路如圖 4 所示。
3 程序設計
系統(tǒng)主程序流程如圖 5 所示。系統(tǒng)上電復位，對參數(shù)進行初始化，然后檢測串口是否發(fā)送數(shù)據，當確定串口數(shù)據發(fā)送后程序便調用相應的子程序 ；如果串口沒有發(fā)送數(shù)據則程序重新初始化。系統(tǒng)上電復位后，鍵盤初始化并復位，然后進入按鍵查詢，等待操作。當有按鍵按下后，系統(tǒng)開始調用相應的子程序。按鍵程序流程如圖 6 所示，步進電機工作流程如圖 7 所示。
4 仿真調試
使用 Protues 繪制仿真圖，與編程軟件（ Keil4 ）進行聯(lián)合 調試仿真。當步進電機接收到連續(xù)不斷的脈沖信號時，則持續(xù)運轉。步進電機的繞組通電狀態(tài)每改變一次就會產生一個脈沖信號，轉子也相應轉過一個步距角。當通電狀態(tài)結束一個循環(huán)時，轉子會轉過一個齒距。四相八拍方式的通電順序為：A 相線圈最先通電 ；然后轉換變?yōu)? A ， B 兩相線圈同時通電 ；接著 B 相線圈通電 ；再之后 B ， C 兩相線圈同時通電……（即按 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A …的順序進行）。當步進電機定子繞組按順序周期性通電時，轉子沿設定方向一步步轉動。步進電機工作波形如圖 8 所示。
5 結 語
本文采用 C52 單片機來設計步進電機的控制系統(tǒng)，介紹 了其總體方案、主控制模塊、驅動電路、鍵盤、晶振電路模塊等， 并使用 Protues 繪制仿真圖，與編程軟件進行聯(lián)合調試仿真， 仿真結果表明，所設計的步進電機控制系統(tǒng)正確有效。