制装置。目前单片机成为步进电机的最新控制 方式。
步进电机的构成分析
通常条件下观察步进电机的控制系统极
限起动频率来看，其频率较低，但由于步进电 机的运行速度要求却比较高，若系统按照要求 速度进行启动，直接会造成速度超过极限起动 频率，使系统无法进行正常启动。这种现象会 造成步进电机控制系统数据丢失或出现整个系 统瘫痪问题。因此，针对步进电机控制系统， 要控制好它的运行速度，控制好其加减速。 加减速的控制既可以采用直线规律法，
也可以采用指数规律加减速法。前者是通过恒 定加速度时间加减速控制，具有较好稳定性， 且软件实现过程较容易;后者的加速度呈逐渐 下降趋势，该规律与电动机输出转矩随转速度 变化较相似，与步进电机系统自身加减速度运 动规律相符合，促进步进电机高效转矩，且其 }h}能高，周期短。
以单片机为控制装置对步进电机进行系
统控制，能够更加高效的实现脉冲速度控制， 促进运行性能的提升，同时促进步进电机各部 件运行更加稳定。 步进电机结构
步进电机的环形分配器主要是对cP脉冲
的接收，然后以步进电机的状态转换顺序为标 准，实现各项导通或者对信号进行截止。环形 分配器再将这个信号送入处理器进行放大处 理，当信号足够大时再送入推动级。推动级的 功能在于把小信号进行放大，当信号足够大时 可以推动功率放大器实现信号输入。同时它还 对电平转换有着承担任务。 步进电机驱动器构成
步进电机驱动器主要包括六个构成部分: cP脉冲、环形分配器、信号放大与处理、推 动级、驱动级、电动机。可以通过图1的方式 进行表示。
基于单片机的步进电机系统速度控制，
有两种方式可以对其脉冲频率进行确定，能够 以单片机步进脉冲频率的控制来实现，一是软 件延时法，二是定时器中断法。这两种方法都 能够对步进电机进行有效速度控制。 2.2.1软件延时法
这种速度控制法主要是指对标准延时子
程序进行调用，并使两控制字之间延时时间有 所改变，实现速度控制。这种方法的应用最大 优势在于程序应用简单，在进行延时时间控制 的过程中思路较为清晰，不易出现程序混乱。 同时对硬件资源没有占用。软件延时法的缺点 在于增加了CPU等待时间，使机时大大增加。 软件延时法通常只应用于步进电机的简单控 制。
2.2.2定时器中断法
在8031芯片内存在两个可编程的定时器。 通过对定时器进行编程，利用其定时功能发出 任意一周期的定时信号，功能则体现在对系统 输出脉冲周期的便捷有效控制。还是以8031 单片机为对象，针对中断服务子程序实行脉冲 输出调整，这个操作过程主要是通过调整定时 器的定时常数对步进机脉冲频率有效调整，目 的在于对速度进行有效控制。定时器中断法的 应用优势在于机时占有较少，即对CPU等待 时间占有较少，操作过程易于实现，其对步进 参考文献
fl]董圣英.基于THB7128和单片机的步 进电机定位控制系统设计「J7.电气传 动，2011, 06 (20) :221-223.
「2]何冲，王淑红，侯胜伟，牛慧文.基于 AT89C52单片机的步进电机控制系统研究 fJ7.电气技术，2012, 04 (15) :325-326. [3]牛甲，熊刚，郭东平.基于单片机的 步进电机控制系统设计与仿真「J7.硅 谷，2011, 10 (23) :501-503.
[4]陈晓红.基于嵌入式单片机的步进电机 控制系统设计的分析「J7.无线互联科 技，2014, 10 (15) :700-703. 2基于单片机的步进电机控制 作者单位
青岛赛瑞达电子装备股份有限公司山东省青 岛市266109 脉冲分配控制
图1:步进电机驱动器构成示意图
匹玉」
基于单片机的步进电机 开环控制系统 房玉明，
(青岛科技大学，
杭柏林
青岛266061)
摘要:通过ATM E L89C 51单片机对步进电机进行控制，主要介绍了步进电机控制器、驱动电路和LED
显示电路的设计，实现了步进电机的开环控制。在步进电机控制器的设计中，重点阐述了脉冲产生电路以及
对速度的控制。该系统具有成本低、控制方便的特点。 关键词:单片机;步进电机;开环控制
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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。
本文介绍已实现的单片机对步进电机的数字 控制系统。该控制系统中，控制器担负着产生脉 冲以及发送、接收控制命令的任务。本文对控制 器的设计，尤其是脉冲产生电路的设计作了详细 的介绍。 1系统设计
步进电机开环控制系统框图如图1所示。系
统由步进电机控制器、步进电机驱动电源、步进电 机和LED状态显示等4部分组成，本文着重介绍 步进电机控制器、步进电机驱动电源、LED显示 图1步进电机开环控制系统框图 1 1步进电机控制器
步进电机控制器主要由单片机、晶振电路、 8I} RAM和光电隔离电路等组成(见图2}0
图2步进电机控制器组成 (1)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 XTA L1和X TAL2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30 pF .C} CYSDT T州
c:2一一~一川二全兰兰二」 图3内部振荡电路 ( 2)光电隔离电路
利用光隔离器组成的光电隔离电路将控制器 与外部的驱动电路隔离开来，使得外部电路的变 化不至于影响或者损坏控制系统，从而提高系统 的可靠性，增强抗千扰能力。光隔离器最重要的 参数是电流传输比C TR，通常其值为0 2 }0 9 输入数字信号提供一定的电流(5-'lOmA)时，光 隔离器才会输出放大的数字电平。
光隔离器连接时注意信号正负逻辑。光隔离
器的输入、输出端地线必须互相隔开，并且输入、 输出端两个电源必须单独供电;如果使用同一电 源，外部干扰信号可能通过电源串到系统中来。 (3)存储模块
89C 51单片机片内只有128 B的SAM，而本 系统中需要存储的数据较多，需扩展外部RAMo (4)步进脉冲产生电路
在采用单片机的步进电机开环系统中，控制 系统的CP脉冲的频率或换向周期实际上是控制 步进电机的运行速度。系统可用两种办法实现步 进电机的速度控制:一种是延时，一种是定时。 延时方法是在每次换向之后调用一个延时子
程序，待延时结束后再次执行换向，这样周而复始 就可发出一定频率的CP脉冲或换向周期。延时 子程序的延时时间与换向程序所用的时间和就是 CP脉冲的周期。该方法简单，占用资源少，全部 由软件实现，调用不同的子程序可以实现不同速 度的运行;但占用CPU时间长，不能在运行时处 理其他工作，因此只适合较简单的控制过程。 定时方法是利用单片机系统中的定时器定时 功能产生任意周期的定时信号，从而可方便地控 制系统输出CP脉冲的周期。当定时器起动后，
定时器从装载的初值开始对系统及其周期进行加 计数;当定时器溢出时，定时器产生中断，系统转 去执行定时中断子程序。将电机换向子程序放在 定时中断服务程序中，定时中断一次，电机换向一 次，从而实现电机的速度控制。由于从定时器装 载完重新起动开始至定时器申请中断止，有一定 的时间间隔，造成定时时间增加。为了减少这种 定时误差，实现精确定时，要对重装的计数初值作 适当调整。调整的重装初值主要考虑两个因素: 一是中断响应所需的时间;二是重装初值指令所 占用的时间，包括在重装初值前中断服务程序中 的其他指令因素。综合这两个因素后，重装计数 初值的修正量取8个机器周期，即要使定时时间 缩短8个机器周期。
用定时中断方式控制电动机变速时，实际上 是不断改变定时器装载值的大小。在控制过程 中，采用离散办法逼近理想升降速曲线。为了减 少每步计算装载值的时间，系统设计时就把各离 散点的速度所需的装载值固化在系统的EOM
中，系统在运行中用查表法查出所需的装载值，这 样可大幅减少占用C PU的时间，提高系统的响应 速度。其流程图如图4所示。 L 2步进电机驱动电路
步进电机驱动电路由专用芯片L297, L298
组合而成。L297单片步进电机控制集成电路适 用于双极性二相步进电机或四相单极性步进电机 的控制，与H桥式驱动芯片L298组合成完整的步 进电机固定斩波频率的RAM恒流斩波驱动器。 L297步进电机控制集成电路产生四相驱动 信号，用以控制双极性二相步进电机或四相单极 J陛步进电机，可以采用半步、二相励磁和单相励磁 3种方式的切换。使用L297的突出特点是外部 只需时钟、方向和工作方式3个输入信号，同时 L297自动产生电机励磁相序，减轻了微处理器控 制和编程负担。L297具有D IP20和SO 20 2种封 装形式，可用来控制集成桥式驱动电路或分立元 件组成的驱动电路。
L297主要由译码器、固定斩波频率的PWM 恒流斩波器(2个)以及输出逻辑控制组成。 图4加减速控制流程图
L298芯片是一种高电压、大电流、双H桥功 率集成电路，可用来驱动继电器线圈、直流电机和 步进电机等感性负载。每个H桥的下侧桥臂晶 体管的发射极连接在一起，相应的外接线端可用