试议浅析利用单片机制约步进电机

论文导读：
摘要：步进电机作为控制用特种电机，是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。本文重点介绍如何利用STC89C52RC单片机软件编程控制输出脉冲的相序、频率、数量，从而达到控制24BYJ48步进电机的旋转方向、速度以及位置。
关键词：单片机 步进电机 控制
1007-9416（2013）01-0006-02
步进电机作为自动控制设备中的执行元件，它的旋转是以固定的角度一步步运行，由于没有积累误差和精确定位功能，广泛应用于打印机、绘图仪、机器人等设备中。目前对步进电机控制的方法主要有两种：一是通过PLC或专门的定位模块发出高速脉冲，经过步进驱动器进行脉冲分配和功率放大来控制；二是利用单片机软件编程输出控制脉冲，经过驱动模块来实现方向、位置及速度的控制。单片机控制成本较低，使用灵活，本文重点分析利用STC89C52RC单片机编程实现对永磁式步进电机（24BYJ48）的控制。
24BYJ48步进电机为永磁式减速步进电机，减速比为1：64，步距角为5.625°/64。24BYJ48步进电机外形如图1所示，此步进电机共有五根线，依次为：红，橙，黄，粉，蓝，五种颜色。其中橙、黄、粉、蓝四根接线分别为A、B、C、D绕组的一端，红色线为四个绕组的公共端。
1 步进电机的驱动电路
由于单片机驱动电流较小，需要用ULN2003A来驱动步进电机，ULN2003A是高耐压、大电流达林顿阵列组成的非门电路。灌电流可达500mA，并且在关态时能够承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。驱动时将24BYJ48步进电机绕组A、B、C、D端分别与ULN2003A的输出端相连，COM端相连后接至电源，这样当与步进电机绕组连接对应的输入端为高电平时，对应的绕组得电达到驱动的目的。
2 步进电机的正反转控制
四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单四拍（A-B-C-D）、双四拍（AB-BC-CD-DA）以及4-1-2八拍（A—AB—B—BC—C—CD—D—DA）三种方式，在控制过程中，我们只要改变绕组通电相序即可实现电机旋转动方向的控制。以1-2励磁方式八拍为例，若A—AB—B—BC—C—CD—D—DA表示电机正转的励磁序号，则励磁序号为AD-D—CD—C—BC—B—AB—A时表示电机反转。在编程时将这些励磁序号组合成数据表，以不同查询方式送数据即可以实现正反转控制。
3 步进电机的转速控制
步进电机的转速取决于脉冲转换频率，也就是每步间的时间间隔。步进电机转动的速度和脉冲频率成正比，频率越高，转速越快，但力矩随之下降；反之，转速慢。但脉冲频率不能过高，当高于步进电机空载启动频率，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转，在有负载的情况下，启动频率应更低。
在控制步进电机转速时，可以利用单片机内部定时器中断来实现，通过编程控制多少次中断后送出一步信号，实现调节输出脉冲频率的目的，从而达到步进电机调速的效果。
4 步进电机旋转角度控制
在步进电机的旋转角度由脉冲个数决定，根据24BYJ48步进电机技术参数得知，旋转角度为360度时需要360/5.625*64=4096个脉冲信号。编程时在中断程序中统计发出脉冲的个数，当到达设定值时关闭定时器，停止发送控制脉冲即可。
5 应用编程
如图2所示，利用STC89C52RC单片控制24BYJ48步进电机，控制脉冲由P0口输出，RP1为P0口上拉电阻，ULN2003A为步进电机驱动芯片，P2口接6个按钮，分别实现步进电机的启动、停止、正转、反转、加速、减速、旋转圈数设置的控制。按下启动后启动定时，步进电机可以运行；按下停止时，关闭定时器，步进电机停止运行；正转、反转按钮可实现旋转方向控制，默认正转；减速、减速按钮控制可实现旋转速度控制；设置按钮可实现旋转圈数设置，不设置时默认一直旋转。
STC89C52RC单片控制24BYJ48步进电机C语言程序：
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit start=P2^0；
sbit stop=P2^1；
sbit zz=P2^2；
sbit fz=P2^3；
sbit up=P论文导读：==0xff）i=7；P0=tab；}}elseif（（k！=0）&&（k==count1））//如到设置值，关定时器，恢复初始值{TR0=0；k=0；j=0；count1=0；P0=0X00；speed=3；}；}}参考文献何立民，张俊谟.单片机中级教程：第2版.北京：北京航空航天大学出版社，200

2.王琼.单片机原理及应用试验教程.合肥：合肥工业大学出版社，200吴金

2^4；
sbit down=P2^5；
sbit set=P2^6；
uchar count，speed，i，count1，k；
uint j；
bit zf；//定义一个正反转标志位
/*步进电机1-2相励磁方式A—AB—B—BC—C—CD—D—DA数据*/
uchar tab[]={0x01，0x03，0x02，0x06，0x04，0x0C，0x08，0x09}；
void main（ ）
{
P0=0X00；speed=3；zf=1； //初始速度、方向设置
TMOD=0X01；//定时器0工作在方式1，1ms中断一次
TL0=（65536-1000）%256；
TH0=（65536-1000）/256；
EA=1；ET0=1；
/*扫描7个功能按键*/
while（1）
{
if（start==0） TR0=源于：标准论文www.7ctime.com
1；//按下启动按钮，启动定时器if（stop==0）{TR0=0；P0=0X00；k=0；j=0；count1=0； speed=3；}； //停止时关定时器 if（zz==0） zf=1； //按下正转按钮时将标志位置位
if（fz==0） zf=0； // 按下反转按钮时将标志位复位
if（up==0） {if（speed！=1）{speed--；}；while（up==0）；}；//加速
if（down==0）{if（speed！=5）{speed++；}；while（down==0）；}；//减速
if（set==0）{k++；while（set==0）；}；//圈数设置
}
}
void time0（ ） interrupt 1
{
TL0=（65536-500）%256；
TH0=（65536-500）/256；
count++；
if（count==speed）
{
count=0；
if（k！=0） {j++；if（j==4096）{j=0；count1++；}；}；//如果设置了圈数则进行统计
if（（k==0）||（k！=count1））//如未设置或未到设置值，根据正反转标志位送励磁数据
{
if（zf）{i++；if（i>7）i=0；P0=tab[i]；}
else {i--；if（i==0xff）i=7；P0=tab[i]；}
}
else if（（k！=0）&&（k==count1）） //如到设置值，关定时器，恢复初始值
{TR0=0；k=0；j=0；count1=0；P0=0X00； speed=3；}；
}
}
参考文献
何立民，张俊谟.单片机中级教程：第2版[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.
王琼.单片机原理及应用试验教程[M].合肥：合肥工业大学出版社，2002.
[3]吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京：人民邮电出版社，2003.
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：19-21.
[5]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.