摘要：設計的步進電機綜合控制系統采用ULN2003驅動芯片，簡化了硬件電路設計，采用改變勵磁方向控制步進電機方向控制， 采用改變脈沖頻率控制步進電機速度控制，優化了控制算法，設計思路清晰。

　　關鍵詞：步進電機,單片機,ULN2003,速度控制,方向控制

　　中圖分類號：TM301.2 文獻標志碼：A 文章編號：1000-8772(2013)29-0000-02

　　步進電機是一種利用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉換成相應的角位移或線位移的機電執行元件，每當輸入一個電脈沖時，它便轉過一個固定的角度，脈沖持續的輸入，電機便不停轉動，它是數字控制系統中常用的執行元件[1]。在非超載情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的[2]。

　　一、控制要求

　　利用單片機控制步進電機工作，按下正轉按鍵后步進電機順時針運轉，按下反轉按鍵后步進電機逆時針運轉，每按一下加速按鍵步進電機速度加一級，每按一下減速按鍵步進電機速度減一級，已知步進電機共九級，系統上電后步進電機運行速度為五級。

　　二、控制方案

　　(一)硬件電路

　　根據控制要求，步進電機綜合控制電路包括單片機最小系統、功能按鍵、驅動電路和步進電機四部分組成，其中單片機最小系統包括單片機、時鐘電路和復位電路等，其系統框圖如圖1所示。

　　圖1 步進電機綜合控制系統框圖

　　時鐘電路由12MHz晶振和兩個30pf電容組成，復位電路由10K電阻、復位按鍵和10uf電解電容組成;功能按鍵包括正轉、反轉、加速、減速四個按鍵;驅動電路由ULN2003組成。步進電機電路如圖2所示。

　　(二)控制原理

　　如果要控制步進電機進行正確的定位和控制，必須按照一定的順序對各相線圈進行圖2 步進電機電路

　　勵磁。四相步進電機有四相繞組，分別為A、B、C、D，可采用單—雙相勵磁方式，即每種狀態一相勵磁和雙相勵磁交替進行。四相步進電機各相循環勵磁，只要改變勵磁順序，就可以改變步進電機旋轉方向。 步進電機雙相4拍勵磁輸入脈沖順序如下：

　　正轉：(A、B)→(B、C)→(C、D)→(D、A)→(A、B)

　　反轉：(D、A)→(C、D)→(B、C)→(A、B)→(D、A)

　　步進電機的速度取決于脈沖頻率、轉子齒數和拍數，其角速度與頻率成正比，因而在轉子齒數和拍數一定的情況下，只要控制脈沖頻率即可獲得所需速度。步進電機的負載轉矩與速度成反比，速度越快負載轉矩越小，當速度快至其極限時，步進電機即不再運轉，所以步進電機每走一步后，程序必須延時一段時間。每輸入一個脈沖信號，步進電機只走一步，若步進電機旋轉一圈需60個脈沖，則每走一步旋轉6°。

　　(三)流程圖

　　步進電機綜合控制程序包括主程序和中斷程序兩部分，主程序流程圖如圖3所示，中斷程序流程圖如圖4所示。

　　參考文獻

　　[1] 王海波;吳曉光;李沛;余祎琴..基于AT89S52單片機步進電機控制系統設計[J].機電產品開發與創新,2009(22)：161-162.

　　[2] 曾遠藩;祝連慶;那云虓;常海濤. 基于DSP的步進電機加減速控制系統設計.工具技術,2013(1)：39-40.