用AT89C52单片机作为控制器，计划简便实用的步进电机控制体系

作者先容了基于AT89C52单片机的两相殽杂式步进电机控制体系的计划方案，增长了步进电机控制体系计划的机动性。控制体系接纳AT89C52单片机作为控制器，由达林顿功率管BUW49构成的双H桥式电路作为驱动器，到场按键控制及LCD1602体现。控制体系的电路布局简便、计划思绪明晰。实行标明，控制体系利用简便、运转可靠，具有较强的实用性。

1 弁言

作为产业范畴广泛使用的控制电机，步进电机具有出色的开环功能，易于完成数字化、智能化控制。步进电机构成的控制体系具有布局简便、功能安定、造价便宜等特点，在产业控制范畴中取得了广泛的使用。单片机对步进电机的控制本钱低、利用机动，在步进电机的控制中取得了广泛的使用。本文以AT89C52单片机作为控制器计划一种新型的两相殽杂式步进电机的控制体系。

2 体系布局计划

控制体系主要由单片机、键盘、体现、驱动、PC上位机等5个模块构成，此中PC上位机用于编写及烧录步骤。控制器经过相应的IO接口，将控制指令发送至驱动电路，可以控制步进电机的运转，完成体系的伺服控制。

控制体系可完成以下功效：（1）控制步进电机的启动和中止、运转朝向、运转速率。（2）体现步进电机的运转形态、朝向、转速。（3）经过软件完成细分控制。图1为控制体系总体布局图。

图1 控制体系总体布局图

3 体系硬件计划

3.1 单片机模块

单片机模块主要由AT89C52单片机及边沿滤波、电源办理、晶振和复位电路构成。AT89C52单片机具有8KB内存的可编程可擦除只读存储器，便于反复的举行步骤的编写。电源办理电路提供的3.5V和5V电压分散给单片机、晶振、LED和控制电路供电。12MHZ的晶振给单片机提供时钟信号。单片机的串口用于和PC上位机的通讯以及烧录软件步骤。P1口控制驱动电路开关管的通断。P0和P2口控制LCD1602和LED构成的体现模块。P3口检测键盘信号及外部中缀信号。

3.2 键盘及体现模块

控制体系设置了5位独立按键构成的键盘模块以及由LCD1602和5位LED构成的体现模块。经过键盘可以对步进电机举行正转、反转、增速、缓速、中止功效的利用。步进电机运转时的形态信息可以经过体现模块直观的体现出来。图2为键盘及体现模块硬件原理图。

键盘模块的特点在于用单片机的两个外部中缀来控制步进电机举行加、缓速，即每引入一次外部中缀，步进电机加/缓速一次。正转、反转、中止按键分散由单片机的P3.0、P3.1、P3.4口引入。增速、缓速按键分散由单片机的P3.2和P3.3口引入。

LCD1602的数据/下令选择端、读写选择端、使能信号分散接在单片机的P2.0、P2.1、P2.2口上，数据口接在单片机的P0口上。LCD1602可以体现步进电机的5种运转形态以及运转速率。5位LED经过74LS138接在单片机的P2.3—P2.5口上，5位LD分散用于表现步进电机的正转、反转、增速、缓速、中止5种运转形态。

图2 键盘及体现模块硬件原理图

3.3 驱动模块

控制体系的电机驱动模块接纳双极性驱动的办法。双极性驱动是指步进电机线圈中电流的活动朝向不是单向的，即绕组中的电流偶尔沿某一朝向活动，偶尔沿相反的朝向活动。双极性驱动电路可以同时驱动四线式或六线式的两相殽杂式步进电机。

控制体系所选用的二相殽杂式步进电机事情时的额外电压为12V，绕组的阻值为1.5Ω，额外电流为8A。由于该步进电机事情时的电流较大，因此必要选择额外电流较大的功率开关管，不然步进电机事情时较大的事情电流产生的热效应极易烧毁开关管。功率开关管BUW49事情时的额外电压为80V，额外电流为30A，属于高电流型功率开关管，因此完万可以满意必要。

依据步进电机的事情原理，当控制电路给驱动电路发射相应的脉冲信号时，电机绕组的通电排序为A+B+→A-B+→A-B-→A+B-，其4个形态按排序举行循环，电机则正向转动。若相序变为A+B-→A-B-→A-B+→A+B+，电机则逆向转动。

因此，当单片机AT89C52的引脚P1.0至P1.7输入的脉冲时序依次为10011001→01101001→01100110→10010110时，控制各个开关管依次导通，产生相应的正向通电时序，从而驱动步进电机正向旋转。相反，当单片机的引脚输入的脉冲时序相反时，电机则反向旋转。图3为驱动电路硬件原理图。

图3 驱动电路硬件原理图

控制体系的硬件原理图由电子武艺假造仿真软件Proteus 7.5举行仿真，仿真时两相殽杂式步进电机的参数依照控制体系所选用的步进电机实践参数设置。颠末仿真得出该体系可以完成对步进电机的正/反转、中止、加/缓速的控制，并且控制十分敏捷、事情可靠、不会显现误利用。

步进电机在运转时的运转形态、速率参数以及按键的利用形态可以以英文的情势十分直观的表如今LCD1602和5位LED上。通太过析仿真时假造示波器测出的A、B两相的绕组电压波形得知，步进电机在体系仿真运转的历程中具有精良的动态呼应。图4为控制体系全体硬件原理图。

图4 控制体系全体硬件原理图

4 体系软件计划

4.1 步进电机事情办法

由于按双四拍办法事情时步进电机不容易失步，并且控制精度较高，因此步进电机接纳双四拍的事情办法。这种事情办法每次都有两相绕组导通，两相绕组处在相反的电压之下，以A+B+→A-B+→A-B-→A+B-（或反向）办法导通。当A、B绕组完成一次通电循环今后，磁场旋转一周，转子则行进一个步距角。

4.2 运转朝向控制

步进电机的运转朝向由其内里绕组的通电排序及通电办法决定。由于两相双四拍步进电机不容易失步，控制精度比力高，以是本文接纳两相双四拍的事情办法对步进电机举行控制。

关于两相双四拍事情办法：

• 正向旋转：A+B+→A-B+→A-B-→A+B-
• 反向旋转：A+B-→A-B-→A-B+→A+B+

两相双四拍控制模子如表3.1所示。

表3.1 两相双四拍控制模子

4.3 运转速率控制

控制步进电机的运转速率，实践上是控制驱动脉冲的发射频率或换相周期。即在增速的历程中，使驱动脉冲的发射频率上升；在缓速的历程中，使驱动脉冲的发射频率低落。对驱动脉冲频率的控制可以经过软件延时和硬件中缀的办法来完成。

软件延时是指依据所需的延不时间常数编写一个延时子步骤，当CPU实行延时子步骤时，体系到达延时的目标。接纳软件延时办法，CPU不休被占用，使得CPU的使用率低落。

可编程的硬件定时器可以对体系的时钟脉冲举行计数，计数值可以经过编程的办法设定。当计数到预定的脉冲数时，定时器产生中缀信号，体系取得所需的延不时间。定时器延时可以提高CPU的使用率。

4.4 体系步骤计划

体系步骤计划的头脑是：

• （1）对单片机举行初始化：起首应该关中缀，然后对用到的一些存放器和功效模块举行初始化，最初再开中缀，并且给定步进电机的速率初值和每次增速/缓速时速率厘革的幅值。
• （2）调入子步骤：分块调入朝向、速率、键盘、体现的子步骤。速率控制步骤写入外部中缀步骤中，如此可以在不改动活动朝向的条件下改动速率的参数。
• （3）等候功效按键按下：接纳查询办法编写按键步骤，经过按键步骤扫描等候功效按键的按下。
• （4）实行按键功效：当步骤检测到有按键被按下后，实行相应的功效，并且体现步进电机对应的运转形态信息。图5为体系步骤布局图。

图5 体系步骤布局图

5 实行验证

在实行中本体系选57HS56DF101TK-01殽杂式步进电机作为控制目标。该步进电机为两相四线步进电机，步距角为1.8°，额外电流为8A，静转矩为10Kg·cm。图6为控制体系实物图。

图6 控制体系实物图

实行时，测得电机绕组阻值Rs为1.5Ω，体系选择12V直流电源供电，切合步进电机的要求。图7为步进电机运转时A相的电压波形图。图8为步进电机的静态矩角特性曲线图。

图7 步进电机A相电压图

图8 步进电机矩角特性曲线图

实行后果分析，本控制体系在步进电机的运转历程中可以完成对步进电机的运转控制，改动步进电机的事情形态，控制准确，可以较好的满意事情要求。

6 结语

本文基于AT89C52单片机计划的两相殽杂式步进电机控制体系具有体积小、可靠性高、功效丰厚、造价便宜等特点，实用范围广，具有很强的实用代价和经济代价。

（编自《电气武艺》，原文标题为“基于AT89C52单片机的步进电机控制体系研讨”，作者为何冲、王淑红 等。）