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1、四相步进电机控制器基于单片机实现的四相步进电机控制器设计指导老师：王彦作者： 摘要：本设计采用ATMEL公司DIP-40封装的AT89S52单片机实现对四相步进电机的手动和遥控控制。由单片机产生的脉冲信号经过脉冲分配后分解出对应的四相脉冲，分解出的四相脉冲经驱动电路功率放大后驱动步进电机的转动。转速的调节和状态的改变由按键进行选择。通过键盘扫描把选择的信息反馈给单片机，单片机根据反馈信息做出相应的判断并改变输出脉冲的频率或转动状态信号。电机转动的不同状态由LED数码管显示。红外信号的发射由另一块单片机和红外线LED完成，用红外万能接收头接收红外信号，可以实现对电机的控制进行红外遥控。关键字：四
2、相步进电机 单片机 功率放大 红外遥控 Controller for four phase step motor Abstract：The design adopts two microprocessor (DIP-40 encapsulation, AT89S52) of ATMEL company to control four phase step motor. After admeasured it, the pulse generated by microprocessor become the relevant four phase pulse. These pulses, whi
3、ch are magnified by driving circuit, are used to drive the four phase step motor. Regulating rotate speed and changing estate are used some keys. Pass scanning the keyboard to feed single back to microprocessor. The microprocessor makes the judgment and change the pulse frequent according to the fee
4、dback information. LED show different running estate. The infrared single is emitted by another microprocessor and infrared ray LED, using infrared incept module to accept the infrared signal. System can control motor with infrared telecontrol.Keyword： four phase step motor microprocessor power magn
5、ify infrared telecontrol目录前言31.系统设计31.1 功能介绍31.2总体设计方案31.2.1总体设计思路 31.2.2方案论证与比较31.3电机的参数71.4系统组成72.单元电路设计82.1功率放大驱动电路方案设计82.2显示电路方案设计92.3单片机电源电路设计92.4红外发射电路设计103.软件设计103.1编程语言103.2软件实现方法103.2.1 双四拍正转113.2.2 双四拍反转113.2.3 单双八拍正转113.2.4 单双B八拍反转113.3 程序流程图 如下所示：123.4 三相步进电机程序清单154.结束语15附录116附录217前言一般，电
6、动机都是连续旋转，而步进电动机却是一步一步转动的，故称为步进电动机。每输入一个脉冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。它有两个工作：其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。步进电动机的种类很多，按励磁方式可分为反应式、永磁式和感应子式；按相数
7、分则可分为单相、两相和多相三种。这里使用的是反应式四相步进电机，它的工作方式有单四拍正转，单四拍反转，双四拍正转，双四拍反转，单双八拍正转，单双八拍反转六种。针对这些状态，设计的控制器能很好地实现状态的转换及转速的改变。1.系统设计1.1 功能介绍 一、基本功能（1）步进电机能够在双四拍和单双八拍两种工作方式间切换。（2）能够实现步进电机单步和连续运行。（3）能实现步进电机正反转及速度变换。（4）显示工作状态二、扩展功能 红外线遥控实现电机的各种状态之间的启动和转换1.2总体设计方案1.2.1总体设计思路 用于控制的电机是MITSUMI公司生产的M35SP-7T型四相反应式步进电机。为满足手动
8、和红外遥控相互独立，采用两块AT89S52单片机分别控制手动模块和红外遥控模块。 手动模块完成所有基本功能以及红外接收，遥控模块用来发射红外遥控信号。1.2.2方案论证与比较1.控制部分的设计方案论证与选择方案一、用逻辑电路实现。用NE555定时器芯片产生脉冲，用74HC74组成的电路实现脉冲的分配。用组合和时序电路实现频率的调节。整个电路要用到的分立元件太多，电路联接复杂，而且抗干扰能力不强，稳定性和精确度不高。方案二、用单片机实现。由于单片机集成了运算器电路、控制电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等，所以用单片机设计控制电路省去了很多分立元器件。对于脉冲的产生及分配
9、，频率的调节，转速及状态的改变都可以由单片机实现，不必再分别用分立元器件实现。由于单片机的可编程特性，应用单片机程序对四相步进电机进行控制，不仅功能易于实现，而且精确度高，稳定性好，抗干扰能力强。方案三、用FPGA实现。众所周知，FPGA做控制核心，外围电路简单，整体性能好，有更好的稳定性，更高的精度，更强的抗干扰能力。但是其价格昂贵，用于本设计的电机控制性价比不高。综上所述，选择方案二。利用单片机实现主要控制，按键进行选择。 2.功率驱动电路的设计方案论证与选择单片机端口输出的电流只有几个毫安，不能直接驱动步进电机。为了给步进电机提供足够的电流，必须设计驱动电路。考虑到本次驱动的电机所带负载
10、和功率不大，对电源的要求也不是太高，故采用单一电压型电源供电。由于绕组是感性的，功率放大器必须设计得能保护晶体管不受电感在接通和断开瞬间时的尖峰信号的冲击。同时，为了使绕组在断电时能够加快电流的衰减，以免断开的相绕组中的衰减电流对电动机起制动效应，还必须为放大电路设计抑制电路或是泄放回路。这里对抑制电路有三种方案如下：方案一：二极管抑制电路二极管抑制电路如图1.2.1所示。当绕组通电时，二极管承受反向电压，不导通。当三极管转变为截止状态或是绕组断电时，绕组将产生一个与原来承受的电压极性相反的感应电势，使二极管导通，形成绕组L和二极管构成的回路。假设绕组电阻为R，则回路中电流的衰减时间常数为T=
11、L/R 。由于R一般较小，因而T一般较大，只适用于步进电机低速运行。图1.2.1二极管抑制电路 图1.2.2 二极管-电阻抑制电路方案二：二极管-电阻抑制电路二极管-电阻抑制电路如图1.2.2所示。在这个抑制电路中，增加了一个与二极管串联的电阻RS，当绕组断电时泄放回路的时间常数为T=L/（R+RS），这就加快了断电绕组中电流的衰减，减小了泄放回路时间常数。但由于RS 的存在，使三极管在绕组断电时承受较大的反向电压。方案三：稳压二极管抑制电路这种电路是用一个稳压二极管代替串联电阻，其电路如图1.2.3所示。当绕组断电时，由于稳压管的稳压特性，给三极管的反向电压也不会太大，泄放回路电流衰减得更快
12、。当断电相绕组的感应电势升高到使稳压二极管击穿并导通时，断电相绕组中的储能以热能形式在稳压二极管内消散。图1.2.3 稳压二极管抑制电路综上所述，考虑达到设计要求选择方案二。利用二极管-电阻抑制电路和两个9014三极管组成驱动电路。3.显示电路的设计方案论证与选择方案一、采用LED静态显示。LED数码管的公共端COM（位选控制信号）接电源（而对于共阴数码管是接地），数码管的段码分别和I/O口相连，这样N位数码管就需要占用N个8位（共8N位）I/O口线。特点是占用较多的硬件资源，控制简单方便。图1.2.4 静态显示方案二、采用LED动态显示。LED数码管的所有段码连接在同一个8位的I/O口线上，每个LED数码管的位码则单独使用一个I/O口，这样N位动态显示的LED数码管只需占用8+N位I/O口线；特点是占用较少硬件资源（I/O口），功耗相对于静态显示来讲大大降低，但编程较复杂并需要占用系统的软件资源。 图1.2.5动态显示
