本文為大家?guī)?lái)兩個(gè)89C51單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

89C51單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一

系統(tǒng)整圖如圖1所示，本系統(tǒng)采用外部中斷方式，p0口作為信號(hào)的輸入部分，p1口為發(fā)光二極管顯示部分，p2口作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分。

電源部分

利用LM7812和LM7805芯片得到12V和5V的電壓，它們的應(yīng)用要注意以下幾點(diǎn)：

（1）輸入輸出壓差不能太大，太大則轉(zhuǎn)換效率急速降低，而且容易擊穿損壞；

（2）輸出電流不能太大，1.5A 是其極限值。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大，否則會(huì)導(dǎo)致高溫保護(hù)或熱擊穿；

（3）輸入輸出壓差也不能太小，大小效率很差。 其中12V電壓給步進(jìn)電機(jī)供電，5V電壓則給單片機(jī)供電。分別如圖2、圖3所示。

（1）產(chǎn)生12V的電壓給步進(jìn)電機(jī)供電

（2）產(chǎn)生5V的電壓給單片機(jī)供電

按鍵部分

本次設(shè)計(jì)選用的是單片機(jī)的P0口來(lái)控制信號(hào)的輸入，所以把按鍵開(kāi)關(guān)和P0口連接起來(lái)，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S1時(shí)，相當(dāng)于給P0.0口一個(gè)低電平；當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S2時(shí)，相當(dāng)于給P0.1口一個(gè)低電平；當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S3時(shí)，相當(dāng)于給P0.2口一個(gè)低電平；當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S4時(shí)，相當(dāng)于給P0.3口一個(gè)低電平；當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S5時(shí)，相當(dāng)于給P0.4口一個(gè)低電平。然后通過(guò)單片機(jī)實(shí)行相應(yīng)的操作。

驅(qū)動(dòng)部分

此電路是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分，我選用的是ULN2004芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)的，ULN2004系列是一款高耐壓，大電流達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)器，包含7個(gè)NPN達(dá)林頓管。

狀態(tài)指示部分

狀態(tài)指示用P1口控制發(fā)光二極管的顯示，如果相應(yīng)端口是低電平，相應(yīng)的發(fā)光二極管就會(huì)亮，用它來(lái)表示步進(jìn)電機(jī)所處的狀態(tài)。

時(shí)鐘部分

時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏，可以通過(guò)提高時(shí)鐘頻率來(lái)提高CPU的速度，本次設(shè)計(jì)采用的晶振為12MHz。

系統(tǒng)主程序

系統(tǒng)分為電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)加速與電機(jī)減速的幾部分組成。

查鍵部分

查鍵程序用于判斷P0.0口與P0.1口的值，當(dāng)p0.0口為0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)p0.0口為1時(shí)，繼續(xù)判斷p0.1口的值，p0.1口為0時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)初始化之后，前進(jìn)子程序R0用于給P2口送不同的值，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的相序，使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，P2口的值分別為01H，03H，02H，06H，04H，0CH，08H，09H。

后退部分

電機(jī)反轉(zhuǎn)原理與正轉(zhuǎn)相似，此時(shí)P2口的值分別為09H，08H，0CH，04H，06H，02H，03H，01H。

加速部分

當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時(shí)候，按下加速鍵，調(diào)用加速子程序，使電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步的延時(shí)時(shí)間變短，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速

減速部分

電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時(shí)候，按下減速鍵，通過(guò)改變電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步的延時(shí)時(shí)間，使時(shí)間變長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)減速。

89C51單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)、PC上位機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、4*4鍵盤(pán)和LED顯示等模塊組成，下圖為步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)是總體結(jié)構(gòu)圖。單片機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)并將脈沖信號(hào)傳送給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，完成對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步數(shù)和圈數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。PC上位機(jī)模塊是系統(tǒng)的，通過(guò)串口向單片機(jī)發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)控制，并實(shí)時(shí)顯示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。4*4鍵盤(pán)模塊實(shí)現(xiàn)指令輸入，LED顯示模塊可顯示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向等運(yùn)行狀態(tài)。為保護(hù)單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路，在單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)之間增加過(guò)驅(qū)動(dòng)電路。

由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流比較大，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)較大驅(qū)動(dòng)電流的通斷會(huì)造成電磁干擾，進(jìn)而會(huì)影響單片機(jī)的正常工作。因而單片機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)之間的驅(qū)動(dòng)電路就顯得尤為重要。本系統(tǒng)采用74LS04非門(mén)與有光電隔離的4N29達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)電路，這樣不僅避免了在驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障，造成高電壓、大電流進(jìn)入單片機(jī)而燒毀器件。同時(shí)割斷了驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)控制電路之間的電氣連接。另外步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟停和正反轉(zhuǎn)分別由S1，S2控制。硬件接線圖

軟件實(shí)現(xiàn)

單片機(jī)程序判斷步進(jìn)電機(jī)是否啟動(dòng);若啟動(dòng)則進(jìn)一步判斷其旋轉(zhuǎn)方向;然后按照既定的旋轉(zhuǎn)方向傳送控制脈沖序列，再加上脈寬延時(shí)即可。每走一步步數(shù)減1，并判斷步數(shù)是否為零，從而決定是否送下一個(gè)脈沖序列。

由上表可以看出，輸出的不同狀態(tài)字，表示不同的勵(lì)磁方式。P1=0x06H，表示A相通電，其它兩相斷電：P1=0x05H，表示B相通電，其它兩相斷電;P1=0x03H，表示C相通電，其它兩相斷電。若以次給P1口送0X06H，0X05H，0X03H，則步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)锳——B——C——A相。反之若以次給P1口送0X03H，0X05H，0X06H，則步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)镃——B——A——C相。從而用軟件實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度可以用脈沖寬度，即送出控制狀態(tài)字后的延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)控制。