步进电机控制系统设计

张思瑶（安徽大学电子信息工程学院,合肥　230601）

步进电机控制系统设计

张思瑶
（安徽大学电子信息工程学院,合肥230601）

本设计通过开发运用微型计算机系统，输出控制时序来控制步进电机运转，针对步进电机的工作状态，输出对应的音频或光、显示信息。本次设计的创新点是结合温度保护程序，通过比较当前温度与设定的温度值控制步进电机停止转动，保护步进电机。

步进电机；微机；汇编；控制

1　星研集成环境介绍

（1）提供DOS、WIN95/98/ME/NT/2000/2003/XP二个版本的集成环境软件，与KEIL公司提供的C51调试软件很大部分相同，也有自己的特色。集编辑编译器(VC++风格)、项目管理、编译、连接、错误定位、下载于一体，并提供调试功能。

（2）功能强大的项目管理功能：现在单片机软件越来越大，也越来越复杂，维护成本也很高。通过项目管理可化大为小、化整为零，便于管理。项目管理功能也使多模块、多语言混合调试成为可能。支持宏汇编、C、PLM语言混合编程，有强大的项目管理功能，含并且包含调试与该项目相关的仿真器件、相关文件、编译软件以及编译连接控制等硬软件信息。

（3）本次设计基于星研集成环境，所有硬件、软件环境都已集成。

2　编写步进电机汇编程序的方法

2.18255可编程并行接口芯片介绍

8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/0接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：

方式0—基本输入/出方式；方式1—选通输入/出方式；方式2—双向选通工作方式。

2.2 编程中三个重要的参数

（1）运转步数N：操控步进电机的定位精度。

（2）延时时间DELAY：控制步进电机步进的速率。

（3）温度：控制步进电机停止工作的最大温度。

3　　工作过程

3.1步进电机的概述及四相八拍步进电机的工作原理：

步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。此步进电机工作方式为四相八拍，由单极性直流电源进行供电。只需变换不同合适的时序对步进电机的各相绕组通电，就可以使步进电机步进转动。

四相步进电机按根据电顺序的不同，可以分为单四拍、双四拍等工作方式。单四拍和双四拍的步距角相等，但是单四拍的转动力矩较小。而八拍工作方式的步距角是单四拍以及双四拍的一半，所以，八拍的工作方式不但可以保持较高的转动力矩而且可以提高控制精度。

3.2步进电机的工作方式：

35BYJ46有四个相“ABCD”，如果对每个相单独依次通电，"A-B-C-D"，旋转一周需要磁场换相四次，称为四相单四拍；如果每次两相一组同时通电，"AB-BC-CD-DA"，这称为四相双四拍；而单四拍和双四拍相互交替使用，则称为四相八拍，如："A-AB-B-BC-C-CD-D-DA"、"AB-ABC-BC-BCD-CD-CDA-DA-DAB"，此时磁场旋转一周需要换相八次。四相八拍与四相四拍相比，步距角减少了一倍，这有利于削弱振荡，从而提高了电机的带负载能力。

3.3 控制原理

步进电机通过顺序切换它的每相线圈电流来使电机作步进式旋转运动，相应的驱动电路通过脉冲控制，因此调节脉冲频率可调整步进电机的转速。另外，由于电机存在转动惯量，故其转动速度还受到驱动功率大小的影响，若脉冲的频率大于某一固定值（本系统f＞100hz），电机将不再转动。

4　设计系统的操作

4.1 怎样改变电机的转速

程序下载好后在试验箱上可以通过按键改变步进电机的转速，按键A可以改变步进电机的转动方向，‘1’是顺时针，‘0’是逆时针；B按键可增大步进电机的转速，C键可减小步进电机的转速，D键能控制步进电机工作，A、B、C任一按键的改变都会使步进电机停止转动。

4.2 通过实验找出电机转速的上限，如何能进一步提高最大转速

例示程序速度最大显示为B，即“11”，通过更改步进延时可以增大转动速度。当转速调至C，即“12”时，步进电机开始转速很快，然后会停止转动，因为步进电机转动惯量的存在，故其转动速度还受到驱动功率大小的影响，若脉冲的频率大于某一固定值（本系统f＞100hz），电机将不再转动。故想要进一步提高转速，应该增大驱动功率。

4.3 怎样能使电机反转

按键A可以改变步进电机的转动方向，‘1’是顺时针，‘0’是逆时针；若在程序中修改，则只需将MOVbclockwise，1改为MOVbclockwise，0则会使按键控制效果相反。

4.4 通过其它外设的检测（如光电），控制步进电机的停、转

本次设计我通过将步进电机与温度计结合，设计出了一个用温度控制步进电机停止转动的程序，即当温度超过40度时控制步进电机停止转动。可以实现步进电机的基本功能，也可以实现温度的测量。

5　实验数据分析

实验测得的数据因计时水平有限以及视觉误差存在误差，故不是很精确，但却很明显的反应了增加速度等级可以增加转速，B级速度为最大值。若速度再次增加，因为步进电机转动惯量的存在，故其转动速度还受到驱动功率大小的影响，若脉冲的频率大于某一固定值（本系统f＞100hz），电机将不再转动。在具体实验中可通过温度控制部分将设定温度值改为15度进行测试，理论上可以在15度时将步进电机的转动终止。

[1]http://wenku.baidu.com/link?url=Srp-vooRrIlVcyvz5DKKFTvRr 5A4d9ES1VG696cL5GWLCPJkVWth9V01YdUjq1fM2_8zbrpN3CfL8f6TkIAcb Qgiz99DM_BdeS3Endi5jK3

[2] 杨季文著.80X86汇编语言程序设计教程[M].清华大学出版社,1998.

[3]（美）Kip R. Irvine著：Intel汇编语言程序设计（第四版）[M].电子工业出版社,2004.

张思瑶（1993-），男，安徽巢湖人，安徽大学12级通信专业，本科在读。