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基于单片机的步进电机控制系统的设计

作者：王刚

来源：《价值工程》2011年第20期

The Design of Stepping Motor Control System Based on SCM Wang Gang

（四川信息职业技术学院，广元 628017）

（Sichuan Information Technology College，Guangyuan 628017，China）

摘要： 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

Abstract: As an executive component, stepping motor is one of the key products of mechatronics, and it is widely used in all kinds of automatic control system. With development of microelectronics and computer technology, the demand for stepping motor is increasing, and it is used in various fields of national economy.

关键词： 单片机 步进电机 控制系统

Key words: SCM; stepping motor; control system

中图分类号：TP23 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）20-0150-01 0引言

本控制系统是采用单片机提供电脉冲信号通过驱动电路放大信号后，驱动步进电机转动。通过软硬件结合使得步进电机可实现匀速运转、加速运转、减速运转、正反转切换等功能。本系统硬件主要由最小应用系统、键盘控制电路和功能电路组成。其中单片机采用AT89C51驱动，通过由ULN2003芯片组成的放大电路，驱使三相六拍35BYJ46型步进电机。 1硬件系统设计

1.1硬件设计总体思路本系统采用单片机AT89C51为核心芯片的电路来实现，硬件电路由单片机(AT89C51)、复位电路、时钟电路、步进电机驱动电路等组成。通过按键开关来实现步进电机转动功能。其控制系统设计框图如图1所示。

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以单片机为核心，设计步进电机控制系统，具有以下功能：①按下正转键，步进电机匀速正向旋转，然后重新获取按键情况；②按下停止键，步进电机停止转动，然后重新获取按键情况；③按下反转键，步进电机匀速反向旋转，然后重新获取按键情况；④按下加速键，步进电机以当前方向加速旋转，然后重新获取按键情况；⑤按下减速键，步进电机在加速前提下减速到匀速旋转，然后重新获取按键情况。具体的控制流程图，如图2所示。

1.2时钟电路MCS-51单片机的时钟信号通常用两种方式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。本系统设计采用内部振荡方式。MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式。

1.3复位电路复位是单片机的初始化操作，其目的是使CPU及各专用寄存器处于一个确定的初始状态。如：把PC的内容初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行，除了进入系统的正常初始化之外，当单片机系统在运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要复位以使其恢复正常工作状态。本设计采用上电复位电路，以满足复位的时间要求及设计质量。

1.4键盘控制电路独立式键盘是指各按键相互独立地接通一条输入数据线，当任何一个键按下时，与之相连的输入数据线即被清0（低电平），而平时该线为1（高电平），键盘电路接一个与门电路就组成了完整的键盘控制电路。

1.5步进电机驱动电路步进电机驱动电路是驱动电机工作的系统，它主要由电机转动部分和驱动电路部分组成。

1.5.1 步进电机转向控制步进电机按四相八拍方式来工作，在A、B、C、D四相绕组上依次输入脉冲的顺序如下所示。 步进电机正转： ■

步进电机反转： ■

由此可见：只要控制脉冲输出的顺序改变就可以对步进电机正/反转的控制。

1.5.2 驱动芯片AT89C51单片机通过ULN2003芯片组成的放大电路来驱动三相六拍步进电机。 2软件设计

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一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。该系统的软件设计流程图见图3。 3结语

该系统设计通过单片机AT89C51来控制步进电机的运转状况，实现了占用CPU时间少，效率高；易控制步进电机的转速和转向；提高了步进电机的步进精度等。再有，该设计过程考虑比较周全，系统中采用上电复位模式，可瞬间将单片机初始化。 参考文献

[1] 刘宝廷，程树康．步进电动机及其驱动控制系统.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.

[2]余发山.单片机原理及应用技术.徐州：中国矿业大学出版社，2003，（2）. [3]佟云峰等.单片机原理及其应用.重庆:重庆大学出版社，2004，（1）. [4]吴金戌等.8051单片机实践与应用.北京：清华大学出版社，2001，（8）.