王嘯東

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

步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)字控制的電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、控制方便、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)，它將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移。步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)過(guò)程控制與儀表中常用的控制元件，在數(shù)控機(jī)床、繪圖儀、打印機(jī)及機(jī)器人等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)易運(yùn)動(dòng)控制，一般采用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度和位置定位控制。

1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(lái)驅(qū)動(dòng)。若每旋轉(zhuǎn)一圈以20個(gè)勵(lì)磁信號(hào)來(lái)計(jì)算，則每個(gè)勵(lì)磁信號(hào)前進(jìn)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(lái)控制。

2 勵(lì)磁方式

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

2.1 1相勵(lì)磁法

在每一瞬間只有一個(gè)線圈導(dǎo)通。消耗電力小，精確度良好，但轉(zhuǎn)矩小，振動(dòng)較大，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走18度。若欲以一相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序見(jiàn)表 1。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

勵(lì)磁順序：A→B→C→D→A。

表1 相勵(lì)磁順序表

2.2 2相勵(lì)磁法

在每一瞬間會(huì)有兩個(gè)線圈同時(shí)導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)矩大，振動(dòng)小，故為目前使用最多的勵(lì)磁方式，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走18度。若以2相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序見(jiàn)表 2。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

勵(lì)磁順序：AB→BC→CD→DA→AB。

表2 相勵(lì)磁順序表

2.3 1-2相勵(lì)磁法

為1相與2相輪流交替導(dǎo)通。因分辨率提高，且運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走9度，故亦廣泛被采用。若以1相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序見(jiàn)表 3。若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

勵(lì)磁順序：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。

表3 1－2相勵(lì)磁順序表

電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度愈快負(fù)載轉(zhuǎn)矩愈小，當(dāng)速度快至其極限時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即不再運(yùn)轉(zhuǎn)。所以在每走一步后，程序必須延時(shí)一段時(shí)間。

3 硬件電路

單片機(jī)系統(tǒng)的輸出通道也就是控制步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)進(jìn)行并行控制需要單片機(jī)P1口中的三位P1.0、P1.1、P1.2，分別接三相步進(jìn)電機(jī)的A、B、C三相見(jiàn)圖1。步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配由單片機(jī)通過(guò)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(gè)繞組通電就可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，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(jìn)電機(jī)按照一定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 系統(tǒng)原理圖

4 軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)的P1.0～P1.3來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，本程序以1－2相勵(lì)磁法使步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)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(yǔ)

本文介紹了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法與單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)采用單片機(jī)控制系統(tǒng)和相關(guān)電路，使得單片機(jī)對(duì)電機(jī)的控制更易實(shí)現(xiàn)，性?xún)r(jià)比更高。本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)速度控制，大大改善了步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行的平穩(wěn)性，增強(qiáng)了抗干擾性能。

1 孫涵芳、徐愛(ài)卿.單片機(jī)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1999.3