王嘯東

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215137）

步進電機是一種數(shù)字控制的電動機，步進電機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制方便、控制性能好等優(yōu)點，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成電機轉(zhuǎn)子的角位移。步進電機是工業(yè)過程控制與儀表中常用的控制元件，在數(shù)控機床、繪圖儀、打印機及機器人等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為了實現(xiàn)步進電機的簡易運動控制，一般采用單片機驅(qū)動步進電機，實現(xiàn)步進電機的速度和位置定位控制。

1 步進電動機

步進電動機有三線式、五線式、六線式3種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅(qū)動。若每旋轉(zhuǎn)一圈以20個勵磁信號來計算，則每個勵磁信號前進18度，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。

2 勵磁方式

步進電動機的勵磁方式可分為全部勵磁及半步勵磁，其中全步勵磁又有一相勵磁及二相勵磁之分，而半步勵磁又稱1－2相勵磁。步進電動機的控制等效電路，適應(yīng)控制A、B、/A、/B的勵磁信號，即可控制步進電動機的轉(zhuǎn)動。每輸出一個脈沖信號，步進電動機只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號，即可使步進電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動。

2.1 1相勵磁法

在每一瞬間只有一個線圈導(dǎo)通。消耗電力小，精確度良好，但轉(zhuǎn)矩小，振動較大，每送一勵磁信號可走18度。若欲以一相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序見表 1。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。

勵磁順序：A→B→C→D→A。

表1 相勵磁順序表

2.2 2相勵磁法

在每一瞬間會有兩個線圈同時導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)矩大，振動小，故為目前使用最多的勵磁方式，每送一勵磁信號可走18度。若以2相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序見表 2。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。

勵磁順序：AB→BC→CD→DA→AB。

表2 相勵磁順序表

2.3 1-2相勵磁法

為1相與2相輪流交替導(dǎo)通。因分辨率提高，且運轉(zhuǎn)平滑，每送一勵磁信號可走9度，故亦廣泛被采用。若以1相勵磁法控制步進電動機正轉(zhuǎn)，其勵磁順序見表 3。若勵磁信號反向傳送，則步進電動機反轉(zhuǎn)。

勵磁順序：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。

表3 1－2相勵磁順序表

電動機的負載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度愈快負載轉(zhuǎn)矩愈小，當速度快至其極限時，步進電動機即不再運轉(zhuǎn)。所以在每走一步后，程序必須延時一段時間。

3 硬件電路

單片機系統(tǒng)的輸出通道也就是控制步進電機的通道，由于AT89C51的P1口作為輸出通道的控制端口，采用三相六拍的步進電機進行并行控制需要單片機P1口中的三位P1.0、P1.1、P1.2，分別接三相步進電機的A、B、C三相見圖1。步進電機的脈沖分配由單片機通過軟件控制構(gòu)成環(huán)行分配器，功率放大器選用單電壓功率放大電路。循環(huán)使三個繞組通電就可以驅(qū)動電機，只要按照一定的順序改變?nèi)?I/O口的通電的順序就可以控制步進電機按照一定的方向轉(zhuǎn)動。

圖1 系統(tǒng)原理圖

4 軟件設(shè)計

單片機的P1.0～P1.3來控制步進電機，本程序以1－2相勵磁法使步進電機正向轉(zhuǎn)動180度后停止（具體程序省略）。

表4 正轉(zhuǎn)控制模型資料

表5 反轉(zhuǎn)控制模型資料

5 結(jié)束語

本文介紹了步進電機驅(qū)動方法與單片機系統(tǒng)的設(shè)計方法，系統(tǒng)采用單片機控制系統(tǒng)和相關(guān)電路，使得單片機對電機的控制更易實現(xiàn)，性價比更高。本設(shè)計的步進電機單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)了步進電機速度控制，大大改善了步進電機的運行的平穩(wěn)性，增強了抗干擾性能。

1 孫涵芳、徐愛卿.單片機原理及應(yīng)用［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996

2 于海生.微型計算機控制技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1999.3