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本文阐述了步进电机的工作原理以及单片机控制步进电机的特点。步进电机是数字控制电
机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于
单片机控制。
步进电机可分为反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机。步进电机区别于其
他控制电机的最大特点是,它是通过输入脉冲信号来进行控制的,即电机的总转动角度由输入脉冲
数决定,而电机的转速由脉冲信号频率决定。它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持
力、动作灵敏、开回路控制不必依赖传感器定位、中低速时具备高转矩、高信赖性、小型、高功率
等特征,使其具有广泛的应用。
一、步进电机的工作原理
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构,它的用途是将电脉冲转化为角位移,它的的
驱动电路根据控制信号工作,控制信号由单片机产生。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱
动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,控制换相顺序,即通电控制脉冲必须严格按照一定
顺序分别控制各相的通断。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量,从而达到准确定位的目的。控
制步进电机的转向,即给定工作方式正序换相通电,步进电机正转,若按反序通电换相,则电机就
反转。控制步进电机的速度,即给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再
转一步,两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速
度和加速度,从而达到调速的目的。
二、设计方案
本设计采用 51 单片机 AT89C51(晶振频率为 12MHZ)对四相六线制步进电机(内阻 33 欧,
步进 1.8 度,额定电压 12V)进行控制。通过 I/O 口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信
号,信号经过芯片 ULN2003 驱动步进电机。ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅 NPN
达林顿管组成。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个 2.7K 的基极电阻,在 5V 的工作电压下它能与
TTL 和 CMOS 电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作
电压高,工作电流大,灌电流可达 500mA,并且能够在关态时承受 50V 的电压,输出还可以在高负
载电流并行运行。通过 ULN2003 构成步进电机的驱动电路,电路图如图 1 所示。51 的 25-28 口接 U
LN2003 的 1-4 输入端。另外,用键盘来对电机的状态进行控制,并用数码管显示电机的转速,采用
74LS164 作为 2 位单个数码管的显示驱动。74LS164 带锁存,使用串行接法可以节约 I/O 口资源。
其电路图如图 2 所示。通过 51 的 TXD 和 RXD 口对 CLK 和 DATA 发送数据。