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1基于单片机的步进电机驱动方法研究


科学之友

Friend of Science Amateurs

2010 年 10 月

基于单片机的步进电机驱动方法研究
王啸东
(南京铁道职业技术学院,江苏 苏州 215137) 摘 要:步进电机作为执行元件,在工业过程控制与仪表中有着广泛的应用。文章介绍 了基于单片机控制的步进电机驱动方法,分析了步进电机励磁方式,介绍了系统硬件电 路、系统软件的设计方法。 关键词:单片机;步进电机;励磁方式 中图分类号:TP273.5 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)30-0031-02 步进电机是一种数字控制的电动机,步进电机具有结构简 单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点,它将电脉冲信 号转变成电机转子的角位移。步进电机是工业过程控制与仪表 中常用的控制元件,在数控机床、绘图仪、打印机及机器人等 领域得到广泛的应用。为了实现步进电机的简易运动控制,一 般采用单片机驱动步进电机,实现步进电机的速度和位置定位 控制。

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励磁方式

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步进电动机

步进电动机有三线式、五线式、六线式 3 种,但其控制方 式均相同,必须以脉冲电流来驱动。若每旋转一圈以 20 个励磁 信号来计算,则每个励磁信号前进 18 度,其旋转角度与脉冲数 成正比,正、反转可由脉冲顺序来控制。

步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁,其中 全步励磁又有一相励磁及二相励磁之分,而半步励磁又称 1-2 相励磁。步进电动机的控制等效电路,适应控制 A、B、/A、/B 的励磁信号,即可控制步进电动机的转动。每输出一个脉冲信 号,步进电动机只走一步。因此,依序不断送出脉冲信号,即 可使步进电动机连续转动。 2.1 1 相励磁法 在每一瞬间只有一个线圈导通。消耗电力小,精确度良好, 但转矩小,振动较大,每送一励磁信号可走 18 度。若欲以一相 励磁法控制步进电动机正转,其励磁顺序见表 1。若励磁信号 反向传送,则步进电动机反转。

判断及选线,正确判别或切除故障线路。 3.4 对互感器应注意的问题 3.4.1 电流互感器 电流互感器二次绕组配置应满足继电保护、 安全自动装置、 测量仪表和远动装置要求,对于接有 I,II,III 类贸易结算用电 能计量装置时,应采用专用二次绕组,10 kV 及以上电压等级 的测量与计量电流互感器二次绕组宜分别配置,为满足负荷变 化要求,测量用电流互感器的精度按 0.5 s 选取,计量电流互感 器的精度按 0.2 s 选取。 3.4.2 电压互感器 电压互感器及其二次绕组数量、准确等级等应满足测量、 继电保护、安全自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证 在运行方式改变时,保护装置不得失去电压,同步点的两侧都 能提取到电压。对于接有 I,II,III 类贸易结算用电能计量装置 时,计量配置一个独立的二次绕组,精度为 0.2 级;当需要零 序电压时,10 kV 宜采用三相五柱电压互感器或三个单相式电

压互感器。

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结束语

综合自动化变电站采用交流操作系统,具有成本低、接线 简单、维护方便等明显的优越性。但是,同直流操作系统相比, 其可靠性还有差距。在设计中,坚持简单、实用、可靠的原则, 对变电所自动化系统装置的选型应严格执行有关规定,力求做 到选型规范化。经选用的自动化系统装置不仅技术先进、功能 齐全、性价比高,系统的可扩展性和适用性要好。 参考文献 1 刘贵水、赵逢荣.变电二次设计相关问题探讨[J].科技资讯, 2008(19) 2 梁卫忠.浅谈某 110kV 变电站的二次设计 J]广东科技, [ . 2007 (10X) 3 朱越欢.京东 110KV 变电站二次设计[J].江西电力职业技术 学院学报,2005(2)

35 kV Substation Automation Design and Problem Analysis
Zhong Hanchun Abstract:For the 35 kV AC substation integrated automation operating system has a significant economy. It has a data acquisition, processing, transmission, fault alarm, fault analysis, fault indication, the event record. Article on the current computer integrated automation substation 35 kV, secondary design issues focus of attention are discussed. Key words:35 kV; second design; problems

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科学之友
励磁顺序:A→B→C→D→A。
表1 STEP 1 2 3 4 A 1 0 0 0 相励磁顺序表 B 0 1 0 0

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2010 年 10 月

C 0 0 1 0

D 0 0 0 1

步进电机进行并行控制需要单片机 P1 口中的三位 P1.0、P1.1、 P1.2,分别接三相步进电机的 A、B、C 三相见图 1。步进电机 的脉冲分配由单片机通过软件控制构成环行分配器,功率放大 器选用单电压功率放大电路。循环使三个绕组通电就可以驱动 电机,只要按照一定的顺序改变三位 I/O 口的通电的顺序就可 以控制步进电机按照一定的方向转动。

2.2 2 相励磁法 在每一瞬间会有两个线圈同时导通。因其转矩大,振动小, 故为目前使用最多的励磁方式,每送一励磁信号可走 18 度。若 以 2 相励磁法控制步进电动机正转,其励磁顺序见表 2。若励 磁信号反向传送,则步进电动机反转。 励磁顺序:AB→BC→CD→DA→AB。
表2 STEP 1 2 3 4 A 1 0 0 1 相励磁顺序表 B 1 1 0 0 C 0 1 1 0 D 0 0 1 1 图1 系统原理图

2.3 1-2 相励磁法 为 1 相与 2 相轮流交替导通。因分辨率提高,且运转平滑, 每送一励磁信号可走 9 度,故亦广泛被采用。若以 1 相励磁法 控制步进电动机正转,其励磁顺序见表 3。若励磁信号反向传 送,则步进电动机反转。 励磁顺序:A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。
表3 STEP 1 2 3 4 5 6 7 8 A 1 1 0 0 0 0 0 1 1-2 相励磁顺序表 B 0 1 0 1 0 0 0 0 C 0 0 1 1 1 1 0 0 D 0 0 0 0 0 1 1 1

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软件设计

单片机的 P1.0~P1.3 来控制步进电机, 本程序以 1-2 相励 磁法使步进电机正向转动 180 度后停止(具体程序省略) 。
表4 内存地址 控制资料 20H 01H 21H 03H 表5 内存地址 控制资料 27H 01H 28H 05H 正转控制模型资料 22H 2H 23H 06H 24H 04H 25H 05H 26H 0H

反转控制模型资料 29H 04H 2AH 06H 2BH 02H 2CH 03H 2DH 00H

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结束语

电动机的负载转矩与速度成反比, 速度愈快负载转矩愈小, 当速度快至其极限时,步进电动机即不再运转。所以在每走一 步后,程序必须延时一段时间。

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硬件电路

单片机系统的输出通道也就是控制步进电机的通道,由于 AT89C51 的 P1 口作为输出通道的控制端口,采用三相六拍的

本文介绍了步进电机驱动方法与单片机系统的设计方法, 系统采用单片机控制系统和相关电路,使得单片机对电机的控 制更易实现,性价比更高。本设计的步进电机单片机控制系统 实现了步进电机速度控制,大大改善了步进电机的运行的平稳 性,增强了抗干扰性能。 参考文献 1 孙涵芳、徐爱卿.单片机原理及应用[M].北京:北京航空航 天大学出版社,1996 2 于海生.微型计算机控制技术[M].北京:清华大学出版社, 1999.3

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