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1、单片机控制步进电机驱动器工作原理步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移， 并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。有时从一些旧 设备上拆下的步进电机（这种电机一般没有损坏）要改作它用，一般需自 己设计驱动器。1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使 步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。图1四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组 磁极产生错齿，2、5号齿
2、就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通 电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线 的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、 B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推， A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着 A、B、C、D方向转动。 四 相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作 方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作 方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持 较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的
3、 电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：a.单四拍b.双四拍c 八拍 图2.步进电机工作时序波形图2. 基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理步进电机驱动器系统电路原理如图3:图3步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1 口的P1.4P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014 放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管 TIP122将脉冲信号进行电压 和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号 分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。图中L1为步进电机的一相绕组。AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高
4、晶振的目的是为了在方 式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。图3中的RL1RL4为绕组内阻，50 Q电阻是一外接电阻，起限流作用，也是一个改善回路时间常数的元件。D1D4为续流二极管，使电机绕组产生的*势通过续 流二极管（D1D4 ）而衰减掉，从而保护了功率管TIP122不受损坏。在50 Q外接电阻上并联一个200p F电容，可以改善注入步进电机绕组的电流脉 冲前沿，提咼了步进电机的咼频性能。与续流二极管串联的200Q电阻可减小回路的放电时间常数，使绕组中电流脉冲的后沿变陡，电流下降时间变 小，也起到提咼咼频工作性能的作用。3. 软件设计该驱动器根据拨码开关KX、KY的不
5、同组合有三种工作方式供选择：方式1为中断方式：P3.5（INT1）为步进脉冲输入端，P3.7为正反转脉冲输入端。上位机（PC机或单片机）与驱动器仅以2条线相连。 方式2为串行通讯方式：上位机（PC机或单片机）将控制命令发送给驱动 器，驱动器根据控制命令自行完成有关控制过程。方式3为拨码开关控制方式：通过K1K5的不同组合，直接控制步进电机。当上电或按下复位键KR后，AT89C2051先检测拨码开关KX、KY的状态，根据KX、KY的 不同组合，进入不同的工作方式。以下给出方式1的程序流程框图与源程序。在程序的编制中，要特别注意步进电机在换向时的处理。为使步进电机在换向时能平滑过渡，不至于产生错步
6、，应在每一步中设置标志位。 其中20H单元的各位为步进电机正转标志位；21H单元各位为反转标志位。 在正转时，不仅给正转标志位赋值，也同时给反转标志位赋值；在反转时 也如此。这样，当步进电机换向时，就可以上一次的位置作为起点反向运 动，避免了电机换向时产生错步。图 4方式1程序框图方式1源程序： MOV20H,#00H ;20H单元置初值，电机正转位置指针 MOV 21H,#00H ;21H 单元置初值，电机反转位置指针MOV P1,#0C0H ;P1 口置初值，防止电机上电短路 MOV TMOD,#60H ;T1计数器置初值，开中断 MOV TL1,#0FFHMOV TH1,#0FFHSET
7、B ET1SETB EASETBTR1SJMP $;* 计数器 1 中断程序*IT1P: JB P3.7,FAN ;电机正、反转指针；*电机正转*JB 00H,LOOP0JB 01H,LOOP1JB02H,LOOP2JB 03H,LOOP3JB 04H,LOOP4JB 05H,LOOP5JB 06H,LOOP6JB 07H,LOOP7LOOP0: MOV P1,#0D0HMOV20H,#02HMOV 21H,#40HAJMP QUIT LOOP1: MOV P1,#090HMOV 20H,#04HMOV 21H,#20HAJMP QUIT LOOP2: MOVP1,#OBOHMOV 20H,#
8、08HMOV 21H,#10HAJMP QUITLOOP3: MOV Pl,#030HMOV 20H,#10HMOV 21H,#08HAJMPQUIT LOOP4: MOV Pl,#070HAJMP QUIT 21H,#02HMOV 21H,#01HMOV 20H,#20HMOV 21H,#04H#80HLOOP5: MOV Pl,#060HMOV 20H,#40HMOVAJMP QUIT LOOP6: MOV P1,#OEOHMOV 20H,AJMP QUIT LOOP7: MOV P1,#OCOHMOV转*FAN: JBJB 0AH,LOOQ2JB 0BH,LOOQ3JB 0EH,LOOQ
9、6JB 0FH,LOOQ721H,#02HMOV 20H,#40HMOV 21H,#04HMOV 20H,#20HP1,#OCOHMOV 21H,#08H20H,#01HMOV 21H,#80HAJMP QUIT ；* 电机反O8H,LOOQOJB O9H,LOOQ1JB OCH,LOOQ4JB ODH,LOOQ5LOOQ0: MOV P1,#OAOHMOVAJMP QUITLOOQ1: MOV P1,#OEOHAJMP QUITLOOQ2: MOVMOV 20H,#10HAJMP QUITLOOQ3: MOV P1,#ODOHMOV 21H,#10HMOV 20H,#08HAJMPQUIT
10、LOOQ4: MOV Pl,#050HMOV 21H,#20HMOV 20H,#04HAJMP QUIT LOOQ5: MOV Pl,#070HMOV 21H,#40HMOV20H,#02HAJMP QUIT LOOQ6: MOV Pl,#030HMOV 21H,#80HMOV 20H,#01HAJMP QUIT LOOQ7: MOV P1,#OBOHMOV21H,#01HMOV 20H,#80H QUIT: RETIEND4. 结论 该驱动器经实验验证能驱动0.5N.m的步进电机。将驱动部分的电 阻、电容及续流二极管的有关参数加以调整，可驱动 1.2N.m的步进电机。 该驱动器电路简单可靠，结构紧凑，对于 I/O 口线与单片机资源紧张的系 统来说特别适用。
