电容滤波，最后经稳压器7812,7805稳压 输出++12V ,+SV的直流稳压电源.由于稳压 器7812所能承受的电压范围为15}45V , 最佳输入电压取值为15}20V，所以选择比 较适合的15V交流电作为输入电源.硬件 一电源电器一 丰
一步进电机一卜区动电”一 一显示电路一
图1步进电机控制系统整体框图 电路工作原理图见图2. +12V +5V 7812 7805 K22
4*IN4007丈1000},F/25V 470舔、}‘。 本
;04十470、 F/2V 图2硬件电路原理图 2.1.2参数计算
根据整流桥特性RC>lOms, R=卫(R为负载电阻).所以Cl > l
l Oms } I C
本设计使用的步进电机型号为QH4-4119，将两组线圈的中间抽头对接起来，形成四相线圈，每相
线圈的电阻约为35S2.按本设计的驱动电路计算，电路正常工作时流经每相的电流约为200mA(计算方
法参照步进电机驱动电路的参数计算)，设计中用的步进电机共为四相，所以流经整流桥后端、供电极工
作的电流要求最少为1.2A，再加上后端控制电路的电流，估计输入电流应大于1.4A.这样可算得C1至
少要490 },F一为了安全起见，本设计设置C1为1000 },F/25 V. 2.2显示部分
显示部分采用单片机AT89C51控制七段BCD数码管驱动器CD4511.芯片AT89C51的引脚P2.3 P2.0输出数值至CD4511的A}D输入端口，经过CD4511译码后，在四位数码管上输出显示.通过单片
机AT89C51控制其P2.4,P2.S,P2.6,P2.7的引脚电平，来选择对应的数码管的输出显示.数码管采用动态
扫描方式显示，LE D的显示时间选择在10}25ms均可，扫描频率不能太高，否则，每位LE D显示的时间
过短，亮度太低.
2.3步进电机驱动部分
2.3.1步进电机的结构步进驱动器接收到一个脉冲信号，就驱动步进电机按设定的方向转动一个固
定的角度(称为“步距角’，)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的.可以通过控制脉冲个数来控制角
位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速
的目的.步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应
用于各种开环控制.现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(V R}、永磁式步进电机(PM)、混合式
步进电机(HB)和单相式步进电机等.
2.3.2步进电机驱动电路原理分析AT89C51将控制脉冲从P1口的P1.4}P1.7输出控制功率三极管
2SD882，由功率管2SD882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相应的动作.图3中L1为步进电机的一相绕组.AT89C51选用频率12MHz的
晶振，选用较高晶振的目的是为了尽量减小AT89C51对上位机脉冲信号周期的影响.电阻R13}R16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.D1}D4为续流二极管，使电机绕组产生的
反电动势通过续流二极管(D1}D4)而衰减掉，从而保护了功率管2SD882不受损坏.在外接电阻上并联
一个电容，可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿，提高了步进电机的高频性能.与续流二极管串
联的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，也起到提高
高频工作性能的作用.硬件电路原理图见图3
2.3.3参数计算通过电机每相线圈的电流的计算.用数字万用表测得每相电阻为35-4052，三极管集
电极电压为12V，三极管饱和导通压降 约为0.3 V，所以通过每相电流约为: (12-0.3 )/3542=334mA.考虑到流过三极 管(T1-T8)基极电流大约为1A，故采用 2SD882，电阻(R1-R8)采用普通碳膜电 阻，阻值为4.7kS2. 3软件结构
3.1软件设计思想
软件系统采用MC S-51单片机汇编
语言编写，时钟晶振为12MHz，故每条指 令周期为l},s.根据设计任务的要求进行 图3硬件电路原理图
按键扫描、显示扫描、电机状态控制，并根据功能要求进入各个功能模块.主要设计的子程
序有电机状态
赋值子程序、显示扫描子程序、按键扫描子程序.在步进电机控制系统中单片机的主要作用是产生脉冲
序列，它通过AT89C51的P1口中P1.4}P1.7发送的.系统软件编制采用定时中断产生脉冲序列，不使用
软件延时，不占用CPU.CPU在非中断时间内可以处理其他事件，唯有到了中断时间驱动步进电机一个 脉冲信号.
步进电机工作方式为四相8拍，通电顺序为:A-AB-B-BC-C-CD-D-DA.如果按照上述通电顺序， 步进电机正转;反之，如果通电顺序相反，则步进电机反相转动.步进电机正转发励磁逻辑，见表1. 表中的代码 序放进存储器中 出相应控制代码
80H,OAOH,20H,60H,40H,SOH,lOH,90H称为励磁表.在编制程序时，先将代码按照顺 由单片机通过接口依次送 即可控制步进电机转动.在
表1步进电机正转发励磁逻辑表
确定步进电机的转动后，只需要改变给定脉 冲的频率即可改变步进电机的转速，不过输 送脉冲的频率不能太快，否则会造成电机不 转，而发出啸声.考虑到要使步进电机平稳运 行，采用定时器定时输出控制脉冲，同时要将 定时器的中断优先级设为最高级别，以保证 不论CPU在执行哪段程序，定时中断一到就 可以无条件的执行脉冲输出程序. 3.3软件总系统设计
A相B相C相D相工作状态代码电机拍数 801)A0 201 601 401 501 101901 以c(:DD
总流程图采用模块化结构，在RAM建立各控制量的映射，方便各功能模块的编程和修改.分功能模
块结构，可实现无扰动重入.软件模块按功能划分，是以子程序的形式设计的，程序分别对各个功能进行
调用，各个模块功能清晰明了.本次设计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.按键子程序中包括按键扫描、按键去抖动、按键的键后处理.按
键扫描采用单个按键的扫描，分别对不同功能的按键扫描并存放不同的按键标志.按键去抖动采用延时
去抖法.根据按键扫描后的按键标志位结果来处理相应的子程序.键后处理采用键前沿，把键前沿后存
放成触型按键，把前次扫描到的存放成控制型按键.显示模块采用传统的BCD编码显示数字，程序编译
容易，资源占用少.使用四位数码管，动态扫描显示的方式.总程序流程框图见图4. 4系统调试测试方法与结果
(1)使用变压器在电路中接入15V的电压，使用万用表测量电路中相应位置的电压是否正常.其结
}I }s}.:}}一阅里 币三弃育，月
果为稳压块输出电压正常， 电路芯片供电正常.
(2)编写相应的测试程 序，并将程序烧写进
AT89CS1，将AT89CS1放入 实际电路中测量.结果:该系 统电路可以满足在功能按 键的操作下控制步进电机 做正转、反转、加速、减速、 以及自行运动.
图4总程序流程框图 参考文献:
fll何立民，张俊漠.单片机中级教程:第2版[Ml.北京:北京航空航天大学出版社，2002. f21王琼.单片机原理及应用实验教程[Ml.合肥:合肥工业大学出版社，Zoos.
f31杨振江，杜铁军，李群流行单片机使用子程序及应用实例:第2版[Ml.西安:西安电子科技大学出版社，2002.
f41杨素行.模拟电子技术基础简明教程:第2版[Ml.北京:北京高等教育出版社，1998 }s} Spencer R\电子电路设计基础[Ml.北京:电子工业出版社，200s.
f61徐建军MCS-s 1单片机应用及接口技术[Ml.北京:人民邮电出版社，2003.
f71吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.8os1单片机实践与应用[Ml.北京:清华大学出版社，2003. }8]曾令全.电机学[Ml.北京:中国电力出版社，2007:117-1s6.
f91杨绍岩，黄立创，刘丽.高精度步进电机控制方法[fJl.光电技术应用，2006,01(8):21-22. }lo}盛超，钟运平，韦忠朝.基于AT89C2os1的混合式两相步进电机控制器[fJl.电气应用，2oos,ol(2):1s-18.
f 111李晓菲，胡uG，王炜，程云涛.步进电机加减速控制规律[fJl.机电产品开发与创新，2006 01(12):8-10.
}12}周明安，朱光忠，宋晓华，肖俊建.步进电机驱动技术发展及现状[fJl.机电工程技术，2oos,o2(s):19-21.
f 131王晓明.电动机的单片机控制[Ml.北京:北京航空航天大学出版社，2002.
} 14}江思敏，姚鹏翼，胡荣，等Protell电路设计教程[Ml.北京:清华大学出版社，2002. Design of Digital Timer Based on MCU CHEN
(Modern Education Technology office, Ningde Shi-long
Teachers College, Ningde Fujian 352100, China
Abstract: This design takes the AT89C51 as the core, including the design of the hardware system and the
software system,[()realize the control on the Stepping Motor. As an automatic control system,
this system
sends the control signals[()the MCU by pressing the button[()control the rotatio speed and rotatio direction
of the Stepping Motor ,and[()control the proper motion of the Hanging objects. Some software can be
realized when the command system of the AT89C51 is applied[()Program. After testing, this system can
achieve the alx>ve-mentioned functions.
Key words: AT89C51;stepping motor;control system
SCM Technology.毕片fil L顶不
基于单片机的步进电机控制系统研究 文/成新
电机速度控制具有较强实用性。 步进电机是一种应用广泛、 优势明显的机电元件，在各行业 领域中应用广泛。本文将对步进 电机构成原理进行分析，并详细 探讨基于单片机的步进电机控制， 对脉冲分配调节和步进电机速度 控制展开详细论述。旨在通过本 文理论概述为加强步进电机有效 控制提供有效价值参考。
基于单片机进行步进电机脉冲分配控制， 可以分为两种:通过单片机vo口向驱动电路 发出控制脉冲，并以给定的通电换相顺序完成 软件法完全利用软件方式。通过软件对环形分 配器进行有效替代，并进行脉冲分配控制。通 过8031的Pl.o一P1.4的v0线完成对应电动 机励磁状态字节的输出，并对步进电动机驱动 器的输入信号进行直接控制。
通过这种方式对电动机励磁状态实现有
效转换，并通过系统把状态内容传送到电动机 输出口，并以电动机正反转顺序进行一次转换。 前提是要在ROM中预先开辟一个状态表，即 存储环形分配器输出状态表。 加减速控制 摘要
【关键词】步进电机单片机速度控制脉冲 速度控制
步进电机的控制性能良好，且适应性较
强，其主要控制装置为单片机。单片机是在工 控计算机与PLC之间的控制装置，其体积小、 成本低，是模拟控制过渡到数字控制的核心控