基于步进电机的单片机控制及驱动方式设计（基于步进电机的单片机控制及驱动方式有哪些）

步进电机可以提供旋转角度和旋转速度的高精度控制。步进电机作为控制执行器，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统和精密机械中。例如，在仪器仪表、机床设备和计算机外围设备（如打印机和绘图仪等）中，当需要精确控制旋转角度时，步进电机是理想的选择。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量日益增加，并应用于国民经济的各个领域。

步进电机出现在上个世纪。它是一个可以自由旋转的电磁铁。其工作原理与当今的反应式步进电机没有什么不同。它还依靠气隙磁导的变化来产生电磁扭矩。本世纪初，随着资本主义列强争夺殖民地，造船业迅速发展，步进电机技术也取得长足进步。 20世纪80年代后，由于廉价多功能微型计算机的出现，步进电机的控制方式变得更加灵活多样。原始的步进电机控制系统采用分立元件或集成电路组成的控制回路。不仅调试和安装复杂，消耗大量元件，而且一旦定型后，如果要改变控制方案，就必须重新设计电路。电脑通过软件控制步进电机，更好地挖掘电机的潜力。因此，用计算机控制步进电机已成为必然趋势，这也符合数字时代的趋势。

步进电机与普通电机的区别在于，步进电机是由脉冲信号控制的。步进电机依靠一种称为环形分配器的电子开关装置，通过功率放大器将励磁绕组依次连接到直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定规则排列，交流电接入直流电源后，空间中会形成阶跃旋转磁场，使转子逐步旋转。随着脉冲频率增加，转速增加。将增加。步进电机的转动还与相数、分布数、转子齿轮数有关。

现在比较常用的步进电机有反应式步进电机、永磁步进电机、混合式步进电机和单相步进电机。其中，反应式步进电机的转子磁路采用软磁材料制成，定子上的多相励磁绕组利用磁导率的变化来产生扭矩。现阶段，反应式步进电机应用最多。

步进电机与普通电机的主要区别在于其脉冲驱动形式。正是由于这一特点，步进电机才能与现代数字控制技术相结合。但步进电机在控制精度、变速范围、低速性能等方面均不如传统闭环控制的直流伺服电机。步进电机可以用在精度不是特别高的场合。步进电机具有结构简单、可靠性高、成本低的优点。如果使用得当，其性能甚至可以与直流伺服电机相媲美。

步进电机广泛应用于生产实践的各个领域。其最大的应用是在数控机床的制造中。由于步进电机不需要A/D转换，可以直接将数字脉冲信号转换为角位移，因此被认为是数控机床的理想执行器。早期的步进电机输出扭矩较小，不能满足需要。使用时与液压扭矩放大器组合，构成液压脉冲马达。随着步进电机技术的发展，步进电机可以在系统中单独使用，已成为不可替代的执行器。例如，步进电机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电机。在这个应用中，步进电机可以同时完成两项任务。一是传递扭矩，二是传递信息。步进电机还可作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电机。除了在数控机床中的应用外，步进电机还可以用于其他机械，例如自动送料器中的电机、通用软盘驱动器中的电机以及打印机和绘图仪中的电机。

步进电机以其显着的特点，在数字化制造时代发挥着重要作用。随着不同数字技术的发展和步进电机技术的提高，步进电机将应用于更多领域。

1、步进电机的控制原理

步进电机的两个相邻磁极之间的角度为60。线圈围绕两个相反的磁极形成一相（A-A'、B-B'、C-C'）。磁极上有5个均匀分布的矩形小齿。转子上没有绕组，但其圆周上均匀分布着40个小齿，相邻两齿之间的夹角为9。

当某组绕组通电时，相应的两个磁极分别形成N-S极，产生磁场并与转子形成磁路。如果此时定子的小齿没有与转子对齐，转子就会在磁场的作用下旋转一定角度，使转子齿与定子齿对齐，从而使步进电机“动”。 “ 向前。

1、步进电机控制方法

如果单片机依次向绕组施加有序的脉冲电流，就可以控制电机的旋转，从而实现数字角度转换。旋转角度与施加的脉冲数量成正比，旋转速度与脉冲频率成正比，旋转方向与脉冲序列有关。以三相步进电机为例，施加电流脉冲的方式有3种。

单相三拍模式下每拍的步距角为3，三相六拍的步距角为1.5。因此，在三相六拍模式下，步进电机反转平稳、柔和，但在相同的工作角度和速度下，三相六拍驱动脉冲的频率需要加倍，这会影响驱动开关管的开关特性。要求比较高。

2、步进电机驱动方式

步进电机常用的驱动方式是全电压驱动，即步进和锁步时电机上都加载额定电压。为了防止电机过流，提高驱动特性，需要添加限流电阻。由于限流电阻在步进电机堵转时消耗大量的功率，因此限流电阻必须具有大的功率容量，开关管也必须具有高的负载能力。

步进电机的另一种驱动方式是高低压驱动，即电机运动时，施加额定或超过额定值的电压，使电机在较大电流驱动下快速运动；锁步时，则加一个低于额定值的电压，只允许锁步所需的电流值流过电机绕组。这样可以减少限流电阻的功耗，提高电机的运行速度。但这种驱动方式的电路比较复杂。

驱动脉冲的分配可以采用硬件的方式实现，即采用脉冲分配器。现在，脉冲分配器已经标准化、芯片化，可以在市场上购买。但硬件方式结构复杂、成本较高。

步进电机控制（包括控制脉冲的产生和分配）也可以采用软件方法实现，即采用单片机，简化了电路，降低了成本。使用单片机通过软件驱动步进电机，不仅可以通过编程方法在一定范围内自由设定步进电机的速度、来回旋转角度、转数，而且可以还可以方便、灵活地控制步进电机的运行。状态，满足不同用户的需求。因此，单片步进电机控制电路常被称为可编程步进电机控制驱动器。

2. 步进电机的单片机控制

步进电机控制的最大特点是开环控制，不需要反馈信号。因为步进电机的运动不会产生旋转量的误差累积。

由单片机实现的步进电机控制系统如图所示。

假设8051的P1口线连接到步进电机的绕组上，输出控制电流脉冲，其中P1.0接A，P1.1接B，P1.2接C。

1.双相三拍控制

双相三搏的控制模型如下表所示。

假设以下工作单位和工作地点定义：

R0为步号寄存器；

PSW 中，F0 为方向标志，F0=0 为正转，F00 为反转。

参考流程如下：

2、三相六拍控制方案

在双相三射程序中，程序中给出了P1口输出的控制字。在三相六拍控制中，由于控制字较多，可以将这些控制字以表格的形式预先存储在内部RAM单元中，在运行程序时将其取出并输出一一查表。

假设正向和反向控制字存储在内部RAM中，以POINT为首地址，则表内容如下：

点：DB 01H；前锋A

DB 03H； AB

DB 02H；B

DB 06H；公元前

DB 04H；C

DB 05H； CA

DB 00H；循环标志

DB 01H；反向A

DB 05H；AC

DB 04H；C

DB 06H；CB

DB 02H；B

DB 03H；BA

DB 00H；循环标志

参考流程如下：

编辑：hfy