基于MCS-51单片机的步进电机控制器
设 计
设 计 题 目：MCS-51单片机的步进电机控制器设计，其中步进
为三相反应式步进电机，要求能够正反转。
论文摘要：本文研究基于51系列单片机的步进电机控制系统设计，该系统包括以下几个部分：数据采集、数据处理、终端接收，该系统以汇编语言为单片机的驱动程序语言，VB语言为计算机编程语言，单片机控制步进电机，主要任务是把二进制数变成脉冲序列，按相序输入脉冲以实现电机转动方向控制，利用单片机实现对步进电机的远距离实时监控，从而达到高效、节能的控制步进电机工作的目的,该系统具有成本低、控制方便的特点。
关键字：51单片机 步进电机 数据采集 汇编语言
第1章 引 言
步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。控制步进电机的输入脉冲数量、频率及电机各相绕组的接通顺序,可以得到各种需要的运行特性。尤其与数字设备配套时,体现了更大的优越性,因此广泛应用于数字控制系统中。步进电机有定位和运转两种基本状态,当有脉冲输入时步进电机一步一步地转动,每给它一个脉冲信号,它
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就转动一定的角度。步进电机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比,在时间上与输入脉冲同步,因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序,便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时,在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态,因此非常适合于单片机控制。步进电机作为一种高可控性的特种电机,利用其精度高的特点,广泛应用于各种控制。
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第2章 控制系统的硬件设计
步进电机（也称脉冲电机）是一种跟踪脉冲信号来控制转角和转速、并适合微控制器控制的电机。下面我们还是主要介绍它的转动控制。
步进电机又称脉冲电机,是数字控制系统中的一种执行元件,其功能是将脉冲电信号变换成相应的角位移或者线位移.通俗来说,即给一个脉冲电信号,电机就转动一个角度或前进一步。
2.1 步进电机简述
步进电机按照其结构以及工作原理分为反应式步进电机,混合式步进电
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2.1.1 步进电机的分类以及控制概述。
机,永磁式步进电机和特种步进电机。步进电机常用的驱动方式是全压驱动，即在电动机移步与锁存时都加载额定电压，为了防止电机过流及改善驱动特性，需加限流电阻。由于步进电机锁步时，限流电阻要消耗大量的功率，因此限流电阻要有较大的功率容量，并且开关也要有较高的负载能力，全压驱动适用于小功率步进电机。步进电机的另一种驱动方式是高低压驱动，以便在较大电流下驱动，使电机快速移步，步进电机是工业过程控制及仪表控制的主要控制元件之一，它具有以下几个显著特点：
1、步进电机可以直接接受数字信号，而不再需要进行D/A转换； ○
2、步进电机具有快速启、停能力，可在一刹那间实现启动或停止。 ○
3、步进电机具有精度高，步距角可由每步90°降低到0.36°； ○
4、步进电机由于精度高及不用传感器，故定位精确。 ○
2.1.2 步进电机方向控制信号
以三相步进电机为例，其存在3种工作方式： 1、三相单三拍，通电次序： ○
A---B---C---A 2、三相双三拍，通电次序： ○
AB---BC---CA---AB 3、三相六拍，通电次序： ○
A---AB---B---BC---C---CA---A
如果按A---B---C---A顺序不断接通和断开控制绕组，转子就会一步一步地连续转动，转动的角度大小等于步距角x步数（即脉冲数），其转速
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取决于控制绕组的通电、断电的频率，即：
n = 60f /360° = 60f/(Zr N)
旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序，单三拍、双三拍的步距角为3°，六拍的步距角为1.5°。因此，在六拍下，步进电机的运行平稳柔和，但在同样的运行角度和速度下，六拍驱动脉冲的频率提高一倍，对驱动开关管的开关特性要求较高。
综上所述以及根据设计的要求和需要我们选用28BF001型三相步进电机，图1是28BF001型三相步进电机的外形图，要使步进电机按要求转到，只需要轮流给各引出端通电即可，28BF001型步进电机的技术参数如下表1所示：
图1、28BF001三相步进电机
表1 反应式步进电动机技术参数
型 号 步 距 相 数 电 压角/(°) /V 28BF001 3/6 3 27 绕 组 最大静空载起相电电 阻转 距动频率分 配 /步/s） 方 式 流/A /(5%) /(N.m) （ 0.8 2.41 三 相 0.0176 1800 六 拍 4
2.2 步进电机控制系统硬件设计
○1、通过以上分析，用单片机控制步进电机时，可以很方便的使不同相数的步进电机按任一种可行的通电方式进行控制，设计中控制步进电机系统原理框图如下图2所示：
图2 步进电机系统原理框图 2、晶振电路 ○
单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器,就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器,当外接晶振后,就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如图3所示。本系统选C1和C2值为15 PF。
图 3 内部振荡电路
3、单片机的工作电压范围为2.7--5.5V，在本设计中的单片机的工○
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