基于单片机的步进电机控制系统设计

山东省威海职业学院 李松源

基于单片机的步进电机控制系统设计

山东省威海职业学院 李松源

步进电机是数字控制系统的执行元件，其主要功能就是将脉冲电信号变换为相应的角位移，以此对电流进行控制。将单片机嵌入步进电机控制系统中可以提高步进电机的系统性能，实现精细化控制。

步进电机；单片机；控制系统

步进电机被广泛地应用到数控机床中，通过步进电机可以直接将数字脉冲信号转化为角位移。单片机具有强大的控制功能，而且还可以设计大量的外围电路，因此其应用到步进电机中能够提高电机的控制性能，对改进与发展数控机床加工精度具有重要的现实意义。

1 步进电机的概述

步进电机属于转换器，其在控制系统中属于常见的控制元件，按照步进电机的类型可以分为机械式、组合式以及电磁式。反应式电机是实践中常用的一种类型，其工作原理就是利用磁阻转矩实现电机的转动。随着电子技术的不断发展，步进电机在实践中的应用越来越广泛，不仅应用在我们日常生活使用的机械中，例如指针式钟表、机械手、自动包装等设备中；而且还在高端机械设备领域中得到广泛的应用，例如航天风机、数控机床以及工业机器人等设备中。

2 基于单片机的步进电机控制系统设计

本设计的单片机步进电机控制系统采取STC89C52单片机，驱动器使用ULN2003A集成驱动芯片，设计的步进电机控制系统需要达到以下要求：实现对电力开停控制的精度，保证工作可靠运行，设计中用矩阵键盘控制信号，并且通过程序可以改变步进电机步距角，具体设计框架见图1。

图1 基于嵌入式单片机的步进电机控制系统设计框图

2.1 硬件设计

基于STC89C52的步进电机主要是采取外界+5V直流电源供电，步进电机的控制命令主要依靠矩阵键盘系统实现，总体来看，其主要包括5个功能模块（图2），其中驱动模块是该硬件设置的重点，步进电机驱动脉冲从单片机输出之后送入光电耦合器进行隔离，之后送入ULN2003进行放大，最后就可以驱动步进电机运行了。光电耦合器能有效地将控制电路与负载电路隔开，避免了负载电路对控制电路的干扰，增强了系统的稳定性和抗干扰能力。

图2 步进电机控制系统硬件结构图

2.2 步进电机软件设计

软件设计主要利用软件控制系统实现对单片机脉冲的分配控制，实现步进电机的正常运转，具体就是通过设置延时时间常数对转速进行控制，延时时间常数越小，转速就越快。

2.2.1 数学模型的建立。在步进电机控制软件设计中，数学模型的构建非常重要，通过模型实现对步进电机的控制。

2.2.2 程序调试仿真。在完善软件编程之后需要将程序放置在单片机硬件中，因此需要系列的环节给予配合，为切实提高编程效率，我们采取仿真器对其进行调试，首先将仿真器的仿真头插入ICI插座上，打开仿真器电源，启动仿真软件WAVE6000，按照图3的规范进行。

图3 仿真器设置

经过系列的仿真调试之后，在保证系统达到设定的效果之后，就可以把编好的程序写入单片机储存器中。

2.2.3 系统指标参数计算公式

单片机定时器定时时间的计算：

方式1工作：机器周期：1.085μs=1.085×106s（11.095MHz晶振）

设T0的初值为X：

所以X=64536=0×FC18

3 结束语

本文所设计的基于STC89C52单片机的步进电机实现了对机械设备的自动化操作控制，实现了对设备的有效监管，大大提高了智能化操作，实现了低碳智能运行。另外本文所设计的通信电路接口也为以后的步进电机在实践中的应用提供了参考。

［1］张占立，康春花，郭士军，符克理.基于单片机的步进电机控制系统［J］.电机与控制应用，2011（03）.

［2］董圣英.基于THB7128和单片机的步进电机定位控制系统设计［J］.电气传动，2011（06）.

［3］张占立，康春花，郭士军，符克理.基于单片机的步进电机控制系统［J］.电机与控制应用，2011（03）.