驱动步进电机的软件设计与实现

金世佳

摘要：驱动步进电机可用单片机实现，也可用PLC实现。利用试验模拟步进电机的结构，通过对PLC进行编程实现四相八拍工作，不但能实现正转和反转，而且能对转速进行调整。在GX -Developer7.0中对程序进行调试、运行，确定设计可以达到预期要求。

关键词：步进电机；四相八拍；设计；PLC；转速确定复合区最适DO浓度为2.5 mg/L，此时反应器除污效果较好。

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）11-0035-03

1 步进电机的控制背景

步进电机是基于电磁铁的工作原理，将电脉冲信号转换为线位移或角位移信号的一种电机。计算机每发出一个电脉冲信号，步进电机就转动一定角度，并带动机械部件移动一定的距离。步进电机成本较低，而且控制线路简单，调试方便，因此在控制系统应用较为广泛。驱动步进电机可用单片机或PLC实现。利用模拟电机，通过对PLC程序进行设计，实现电机四相八拍工作。

2 驱动步进电机程序设计与实现

2.1 PLC介绍

PLC实质是一种专用工业控制计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，中央处理单元（CPU）如图1所示。

2.1.1 主机 主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器、用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。系统程序存储器主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序由厂家固定，用户不能更改。用户程序及数据存储器主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。

2.1.2 输入/输出（I/O）接口 I/O接口是 PLC 与输入/输出设备联接的部件。输入接口用于接收输入设备（如按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰。

2.1.3 电源 PLC电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源

2.1.4 编程器 编程器是PLC重要的外部设备，用于手持编程。利用编程器输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视PLC工作状况。除手持编程器外，目前使用较多的是用通信电缆将PLC和计算机联接，利用专用工具软件进行编程或监控。

2.1.5 输入输出扩展接口 I/O扩展接口将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。

2.1.6 外部设备接口 此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。

2.2 可编程控制器的工作方式

PLC采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。其工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段，并进行周期循环。一条指令所需时间一般不超过100 ms。

2.2.1 输入采样阶段 PLC在输入采样阶段以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态及输入数据，并将状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。

2.2.2 程序执行阶段 在执行阶段，PLC按先左后右、先上后下的步序执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。

2.2.3 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，控制各物理继电器的通/断，即PLC的实际输出。

由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期的输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号输给输出锁存器，才成为实际的CPU输出。简而言之，全部输入、输出状态的改变都需要一个扫描周期，即输入、输出状态保持一个扫描周期。

2.2 设计要求

模拟的步进电机工作方式为四相八拍，电机的4相线圈分别用A、B、C、D表示，公共端XCOM。当电机正转时，工作方式如下：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。当电机反转时，工作方式如下：A→-AD→D→DC→C→CB→B→BA→A。设计程序时，要求能控制步进电机正转或反转，并能控制转速。

2.3 程序设计

步进电机试验的输入输出分配情况见表1。

具体程序如下：

3 结语

在GX -Developer7.0中对程序进行调试、运行，确定设计可以达到预期要求。