工业自动化．基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计 上海电器技术（２００８№．４）
基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计
张保许艳玲朱红永许骥
海军蚌埠士官学校
摘要：设计采用了ＡＴ ８９Ｓ５２单片机对步进电机进行控制，主要介绍了步进电机控制器的基本电路设计，编写 了驱动程序，并实现了与ＰＣ机的连接。
关键词：单片机步进电机控制系统通信设计
Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ａｂｏｕｔ Ｓｔｅｐ?——ｍｏｔｏｒ ａｎｄ
Ｓｅｒｉａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｈｉｐ
Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｕｓｅｓ ＡＴＭＥＬ８９５５２ ｓｉｎｇｌｅ ｇｎ ｃｈｉｐ
ｔｏ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｓｔｅｐ—ｍｏｔｏｒ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｆ
，ｂａｓｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｂｏｕｔ ｓｔｅｐ—ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ￥ｕｃｃｅｅｄ８ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｉｎ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ａｎｄ ＰＣ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＴＭＥＬ８９Ｓ５２ ｓｉｎｇｓｔｅｐ—ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｄｅｓｉｇｎ
ｌｅ ｃｈｉｐ ｎ 的转动，从而使工件转到相应的位置，同时能够使系 ０前言
统调速方便。设计中利用串口通信，可以实现单片 机与ＰＣ机的连接。将步进电机的转速分为１０级， 每控制一次，转速加一级或者减一级，转速也跟着变
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角 位移或直线位移的机电控制元件，即控制执行部件， 也是机电一体化的关键部件之一，广泛应用于各种 自动化控制系统与精密机械等领域。步进电机和普 通电机的区别在于脉冲驱动的形式，正是这个特点， 步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。尽管 步进电机在控制的精度、速度变化的范围、低速性能 等方面不如传统的闭环控制的直流伺服电动机，但 在精度不需要特别高的场合就可以使用步进电机， 可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。因 此，随着数字化技术的发展以及步进电机自身技术 的提高，步进电机将会在更多的领域得到广泛应用。
本文运用ＡＴ ８９Ｓ５２单片机，实现了对步进电机 的数字控制，同时将步进电机的脉冲信号通过串口 输出，被ＰＣ所接收，从而控制整个系统。
１ 化，并将基数显示出来。总体方案的结构框图如图
１所示。 由１系统总体方框图 ２步进电机的控制原理
步进电机是纯粹的数字控制电动机。当步进电
机驱动器接收到一个脉冲信号时，就驱动步进电机 按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲 个数来控制角位移量，从而达到精确定位的目的；同
总体方案设计
时，通过控制脉冲频率来控制电机的转动速度与加 在本设计系统中，主要控制步进电速度，达到调速的目的。 机带动工件
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上海电器技术（２００８№．４）
基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计?工业自动化
步进电机的驱动电路根据控制信号工作。在步 进电机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。
振荡器及时钟电路。系统中，单片机的主要作用是 接收键盘设定值，显示转动速度，同时还具有串行通
其基本控制作用如下： １）控制换相顺序
步进电机的通电换相顺序严格按工作方式进
信功能。当单片机发出脉冲信号的同时，ＰＣ机进行 接收，以便对信号进行处理。单片机通过Ｐ１．０口提 供控制步进电机的时序脉冲，以控制步进电机的运 行。系统采用软件来完成脉冲分配，就可根据系统 应用的需要，方便灵活地改变步进电机的控制方式。
行。通常，我们把通电、换相这一过程称为脉冲分 配。例如，四相步进电机的四相八拍工作方式，其各 Ｂ ＣＤ Ｄ—ＤＡ
４单片机的控制程序
单片机的控制程序主要有主控制程序、键处理
（正转）或ＤＡ—Ｄ—ＣＤ—Ｃ—ＢＣ—Ｂ—Ｂ Ａ—Ａ（反 转）。通电、控制脉冲必须严格这一顺序分别控制
Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ相的通电和断电。
２）控制步进电机的转向
程序（加速程序、减速程序、点位控制程序）、显示驱 动程序和串口通信监控程序。
如果按给定的工作方式正序通电、换相，步进电 机就正转；按反序通电、换相，步进电机就反转。
３）控制步进电机的速度
细分驱动主控制程序控制整个程序的流程，主 要完成程序的初始化、中断方式的设置、计数器工作
方式的设置及相关子程序的调用等。该主控制程序 流程图如图３所示。
由于给定步进电机一个控制脉冲，它就转一步， 再发一个控制脉冲，就会再转一步，两个脉冲的间隔 时间越短，步进电机就转得越快。因此脉冲的频率 决定了步进电机的转速。调整单片机发出脉冲的频 率，就可以对步进电机进行调速。 部分控制程序如下： Ａｅｒａｔｅ、ｄｅｒａｔｅ、ｓｉｎｇｌｅ接到Ｐ２口上，分别表示加速、减速、单圈控制，低电平有效；ｓｔａｇｅ表示级数；ｅｎ 控制步进电机使能信号，高电平有效；ｃｐ控制步进 电机转速信号。
３控制器的基本控制电路
控制器的主要控制电路如图２所示。 ｗｈｉｌｅ（（ａｅｒａｔｅ＝＝０）＆＆（ｓｔａｇｅ＜１０））／／加速 信号有效，级数不超过ｌＯ，执行加速
．系统中的串口通信由专用的芯片ＭＡＸ２０２组
｛ｄｅｌａｙ（２００）；／／键盘延时 ｅｌｌ＝１；／／步进电机使能 ｓｔａｇｅ＋＝１；／／级数加１
成，主要用于系统与ＰＣ机的串行通信。ＣＰＵ电路
由ＡＴ ８９Ｓ５２作为中央处理器，并配以简单的外围电
ａｅｒａｔｅ＝１；／／ｈｌ速信号置０ ｗｈｉｌｅ（（ａｅｒａｔｅ＝＝１）＆＆（ｄｅｒａｔｅ＝＝１）＆＆（ｓｉｎｇｌｅ 路组成：同时选用３０ ｐＦ的电容和ｌｋｆｔ组成系统自
＝＝１）＆＆（ｓｔａｇｅ＜１０））／／没有控制则继续原动上电复位电路。１１．０５９２ ＭＨｚ晶振与２个３０ ｐ速转动 Ｆ ｛ｆｏｒ（ｊ＝０；ｊ＜２；ｊ＋＋）
的电容组成了系统的时钟基准电路。由于ＣＰＵ内 部就有存贮器，所以本系统未对其进行存储扩展。 控制键盘由３个独立式按键组成，一个加速、减速及 点位控制按键。选用的是共阳极数码管，可以显示 相应的速度级数。采用的单片机ＡＴ ８９Ｓ５２，具有８ ｋＢｙｔｅｓ｛ｔｉｍｅ（ｄ［ｓｔａｇｅ一１］，ｔｈ［ｓｔａｇｅ一１］）；／／调用定时 Ｈａｓｈ闪速存储器，２子程序，调节步进电机间隔时间，控制转速 ５６ Ｂｙｔｅｓ内部Ｒ
ＡＭ，３２个 Ｉ／０口线，３个１６位定时／计数器，１个六向量两极 中断机构，一个全双工串行通信接口，同时片内还有
ｃｐ＝ｐｏｌｅ［ｊ％２］；／／输出步进电机控制信号 ｝
，
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相通电的顺序为Ａ…ＢＣ…
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圈２控制器的基本控制电路
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