资料下载
如何使用51单片机进行步进电机控制系统的设计与实现
二宫heye
分享资料个
结合 51 单片机的特点，研究设计步进电机的控制系统，以 51 单片机 AT89S52 为控制核心，选用 ULN2003A 芯片组成的驱动威廉希尔官方网站 ，提出一种步进电动机控制系统设计方案。完成控制系统的硬件威廉希尔官方网站 设计和软件编程，实现步进电机的控制要求。该系统简便易操作、控制精度高，具有较高的使用价值。
步进电机是常用于过程控制和及仪表中的控制元件之一，因其控制系统具有结构简单、功能强大、性能稳定、价格低廉等诸多优点，在数控机床、自动化包装、电动阀门、医疗设备等方面有着广泛而深入的应用。步进电机具有以下优点 ：结构部件少，没有电刷，在较宽范围内进行速度平滑调节 ；步进电动机速度不受负载变化的大小的影响，具有快速启停、易于调整、停止时能自锁等特点。因此，步进电机是机电设备中应用最为广泛的一种电机。单片机控制技术在工业控制领域发展越来越成熟，而且生产成本低，抗干扰能力强。结合 51 单片机的特点，对步进电机的控制系统进行研究与设计，很有实用意义和价值。
步进电机，又称为脉冲电机，其工作原理在于能直接接收数字脉冲信号，将其转换为应角位移或线位移。电动机的转速控制、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，只存在周期性误差而没有累积误差。对电机施加一个相应的脉冲信号时，电机收到信号后就会转过对应的步距角。可见，控制了脉冲信号也就控制了步进电机。步进电机传统的控制方式是利用触发器产生控制脉冲来进行控制的，但这一控制方式难以实现人机交互，并且具有控制威廉希尔官方网站 复杂、控制精度低、成本高等缺点。单片机通过向步进电机驱动威廉希尔官方网站 发送控制信号就能实现对步进电机的控制，所以，步进电机的控制系统非常适合采用单片机进行控制。
基于 51 单片机的步进电机控制系统主要由以下部分构成 ：单片机最小系统、驱动威廉希尔官方网站 模块、按键控制威廉希尔官方网站 模块、步进电机。其中单片机系统是整个系统的控制核心，接收各种控制信号，分析处理，完成脉冲分配，实现步进电机的相应控制，比如启动、停止、转向、变速等。
单片机通过控制所发送脉冲频率的高低，来完成对步进电机速度大小的控制，实际就是控制脉冲的频率的过程。步进电机的转动速度与脉冲频率成正比，电机转动的角度与脉冲数也成正比，在降低脉冲频率，电机减速运行 ；提高脉冲频率，电机加速运行。脉冲频率可以通过硬件定时、软件延时来实现。
由于单片机输出的电压、电流较小，不能直接驱动步进电机，因此必须进行放大，才能使电机正常运行。驱动威廉希尔官方网站 的作用是将单片机输出的脉冲信号进行电压和电流放大，从而驱动步进电机的各相绕组，使步进电机能够根据不同的控制脉冲信号分别作相应的动作。按键控制威廉希尔官方网站 的作用是 ：通过设置按键开关进行步进电机的启停、正反转控制，还可以按要求进行调速。
通过软件编程，可使单片机产生控制脉冲、实现脉冲分配，完成步进电机的相应控制。以 51 单片机作为控制核心组成步进电机控制系统，实现了硬件威廉希尔官方网站 与软件编程相结合的控制方法，简化了威廉希尔官方网站 的同时，还降低了成本，可达到对步进电机的最佳控制。
根据控制系统的总体结构，可以设计出基于 51 单片机的步进电机控制系统的硬件威廉希尔官方网站 ，如图 1 所示。
控 制 系 统 的 核 心 部 件 是 单 片 机，选 用 51 系 列 单 片 机 AT89S52。AT89S52 是一款低功耗、高性能的 CMOS 8 位微控制器，自带 8K 的 Flsah 存储器，可以在线编程，满足系统设计要求。步 进电机部分使用四相五线减速步进电机，型号 28BYJ-48，基本参数有：电机直径 28mm，电压 DC 5V-12v，步进角度是 5.625×1/64，减速比是 1/64。
由于 AT89S52 单片机的输出信号的功率较小，不足以驱动电机，所以需要外加驱动威廉希尔官方网站 才能使步进电机正常工作。本设计中步进电机功率和额定电流都较小，从成本角度考虑，驱动模块部分可采用集成驱动芯片 ULN2003A。ULN2003A 是一种高压、大电流的驱动芯片，内部含有 7 个硅 PNP 大功率达林顿管，可提供最高 0.5A 的电流，适合本设计。ULN2003A 的输入端连接单片机的 P1 口，其中 P1.0-P1.3 输出驱动信号 ；输出端接步进电机。按键控制威廉希尔官方网站 较为简单，设置 3 个按键，分别控制步进电机的停止、正转、反转。
控制系统功能实现如下 ：
（1） 复位 ：威廉希尔官方网站 上电时复位 ；手动按下按键开关 S1 可复位，控制精度高，工作可靠。
（2） 步进电机工作情况控制 ：按下按键开关 S2，电机正转 ；按下按键开关 S3，电机反转 ；按下按键开关 S4，电机停转。
（3） 速度控制 ：通过软件编程的方式，给电机设置不同延时时间，可改变控制脉冲的频率，从而改变步进电机步距角，实现电机加速，减速。延时时间常数越大，电机转速越慢，延时时间常数越小，电机转速越快。
声明：本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人，不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用，如有内容侵权或者其他违规问题，请联系本站处理。 举报投诉
- 相关下载
- 相关文章
