基于单片机的步进电机控制系统研究

赛恒吉雅

（内蒙古机电职业技术学院，内蒙古 呼和浩特 010070）

基于单片机的步进电机控制系统研究

Single-chip based stepper motor control system

赛恒吉雅

（内蒙古机电职业技术学院，内蒙古 呼和浩特 010070）

随着我国制造技术水平日益提高，制造行业的发展对步进电机控制系统的应用要求也随之而提高，尤其是对于步进电机控制系统的安全性和高精度，所以在制造行业中选择基于单片机的步进电机控制系统将会成为我国制造行业未来的新趋势。

单片机；步进电机；控制系统

1 传统步进电机控制系统运行过程中的缺点

步进电机控制系统广泛应用在人们的日常生活和工作领域中，所以对于电机控制系统的研究工作一直都在进行，且取得了一定的成果。但是传统的步进电机控制系统在进行安装和调试工作的时候较为复杂，在运行过程中也需要消耗大量的电子器件，并不利于控制系统运行的经济性。另一方面，如果步进电机控制系统需要进行升级和完善，电机控制系统的设计方案需要重头开始进行设计，对电机控制系统的升级造成不良的影响和困难。所以对电机控制系统进行升级和开发是十分有必要的。

基于单片机的步进电机控制系统不仅能够有效解决传统电机控制系统在运行过程中的缺点和问题，还可以有效提高控制系统的运行效率，迎合我国社会发展对控制系统智能化、信息化的发展需求，指引着我国电机控制系统的正确发展方向。

2 基于单片机的步进电机控制系统的基本组成及其分类

基于单片机的步进电机控制器的主要组成设备可以分为电机控制系统、基于单片机的控制系统以及电机控制的单片机系统这三部分。

电机控制系统包括脉冲控制器、环形分配器、电机以及驱动电路这四个模块，而单片机的控制系统则包含了单片机系统、驱动系统、电机以及外围的电路三个模块。

步进电机是一种特殊的直流同步电机，是通过电脉冲信号控制的。根据步进电机控制系统的励磁方式种类不同，可以分为以下三种步进电机。

2.1 永磁式步进电机控制系统

这种步进电机内部具有转子和定子。其中，转子由永磁体材料制造成，所以这种步进电机控制系统的工作原理是对定子进行绕组的通电，从而形成电磁场，带动转子的运动。永磁式步进电机控制系统常用于医疗设备等设备。

2.2 反应式步进电机控制系统

反应式步进电机控制系统的主要工作原理是由磁性转子通过与定子形成的磁场相互作用，以“错齿”的运动原理运行，也就是在转子上均匀分布很多小齿。由于小齿加工的难度比较高，所以单段反应式步进电机的相数一般会比较小，常见为三相、四相、五相。而另一种就是多段反应式步进电机，其运行特点是把定子分布在一根长轴上。

2.3 混合式步进电机控制系统

混合式步进电机控制系统能够综合上述的两种步进电机控制系统的优点，所以能够提供更好的机械性能。

这种步进电机控制系统的运行方式和反应式步进电机控制系统是相同的。而控制绕组和永磁式步进电机控制系统是相同的，比如两相步进电机的步距角可以达到1.8 °，而随着电机相数的增加，其步距角可以达到更小，提高了步进电机控制系统的控制精度，所以混合式步进电机控制系统的使用范围更加广泛。

3 基于单片机的步进电机控制系统设计关键

3.1 步进电机控制系统的软件设计

在优质的硬件设备基础上，优良的软件系统能够为基于单片机的步进电机控制系统提供高效的运行保障。在设计基于单片机的步进电机控制系统软件系统的时候，必须要考虑到控制系统运行整体的可靠性和稳定性，才能够提高控制系统在运行过程中的安全性以及高效率。

对于单片机的每个端口都要进行定义，定义步进电机的驱动函数，以便确定步进电机的工作节拍，其次还需要定义液晶显示屏的固定自编码数组、液晶发送数据指令、初始化函数对液晶显示屏和步进电机进行函数预设等等，这些都需要进行详细的计算和实验才能够确保步进电机控制系统能够正常运行。

其次，就是充分利用设备软件的编程，实现单片机对步进电机控制系统的脉冲分配。提高步进电机控制系统的带负载能力，可以采用四相八拍的驱动方式，具体的实现方式是按照规定的通电顺序，令步进电机的定子绕组按照规定的顺序转动起来，并顺利转换转速，具体的方案如下：A相线圈先通电，接下来转换到A、B线圈都通电，然后只给B相线圈通电，然后再给B、C线圈通电，依此类推就能够有效提高步进电机控制系统的带负载能力。

3.2 步进电机控制系统的硬件设备

单片机控制爱的步进电机控制系统中，硬件设计的关键设计可以分为两部分，分别是控制电路和功率电路这两个模块。

在设计步进电机控制系统的硬件结构是，我国常采用交、直、交的变换方式，通过功率板把相电流信号和转子的位置信号，传输到电机控制电路，而功率板接口电路则可以借助光电隔离电路，把步进电机控制电路中的信号传送到驱动电路。

4 结语

对于步进电机控制系统的改造和深入研究，要根据社会对基于单片机的步进电机控制系统的发展要求，综合单片机控制系统的特性，全面、深入分析和研究步进电机控制系统的设计要点，促进相关技术的高速发展。

[1] 郭士军，康春花，张占立，等. 基于单片机的步进电机控制系统[J]. 电机与控制应用，2011（03）.

[2] 刘帅，祖静，张红艳. 基于单片机的步进电机控制系统设计[J]. 电子设计工程，2010（04）.

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TM383.6

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.079

赛恒吉雅（1981-），女，本科学历，高校讲师，研究方向为自动化。

2015-10-15