51系列单片机控制步进电机研究

任艳焱， 史俊伟

（1.赤峰学院 计算机与信息工程学院，内蒙古 赤峰 024000；2.中国人民解放军第五七一五工厂，河南 洛阳 471000）

51系列单片机控制步进电机研究

任艳焱1， 史俊伟2

（1.赤峰学院 计算机与信息工程学院，内蒙古 赤峰 024000；2.中国人民解放军第五七一五工厂，河南 洛阳 471000）

目前电机控制已经在很多的自动控制领域中得到了广泛的应用.由于步进电机具有易于精准控制的良好性能，并且利用单片机来设计和开发的控制系统，可以很好地满足性能可靠和结构简单的要求.所以本文利用 8051 单片机来对步进电机进行控制.

步进电机；51 单片机；LED 显示；接口

目前，控制电机的方式方法有很多，其驱动方式一般有恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等.步进电机必须由脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统才可以使用.其中用 51系列单片机微机系统，采用软硬件结合的方法，可以有效地降低成本、节约资源.原因是近年来各种单片机的迅速发展和普及以及大规模集成电路的快速发展，所以说利用单片机与集成电路来控制步进电机的方法不但灵活有效，而且易于实现.

1 步进电机

步进电机经过几十年的发展已经成为仪器仪表以及现代数字控制技术中最重要的执行部件之一，它具有控制灵活、启停快捷、准确定位、精度高、可以直接接收数字信号等优越特点，尤其是步进电机的高精度特点在以精度为要求的现代控制中是极为重要，所以它在很多领域中有着不可替代的地位.

我们都知道步进电机的驱动电路是由脉冲信号来控制的（脉冲信号一般由单片机或 CPU 产生），每当步进驱动器接收到一个脉冲信号，步进电机就按设定的方向转动一个步距角，它可以作步进式旋转是通过切换每相线圈中的电流的顺序来实现的，所以想改变步进电机的转速可以调节脉冲信号的频率，所以说通过单片机来控制步进电机是最切实可行的.在其控制系统里，步进电机需要在CPU 的控制下，按工作程序的要求，实现一定角度的旋转.同时想要达到调速的目的可以通过控制脉冲频率来控制它的速度和加速度.

2 51单片机

为了适应嵌入式应用的需要，单片机应运而生且已经发展成为一个可以满足不同领域需要的庞大家族.而 51系列单片机在结构上的逐渐完善而变成了有众多制造厂商支持的发展处上百个品种的大家族.

单片机简单的来讲就是在一块芯片上集成了一台微型计算机的各个主要部分.因此可以说它是一台简单的计算机，但它的主要作用是用于控制.其中 51系列单片机属于标准型单片机，它主要包括由内部总线相连的 CPU、存储器、定时器（计数器）、可编程的输入输出口、串行口等.

3 显示器

在嵌入式应用系统中，LED（数码管显示器）和LCD（液晶显示器）是我们经常用到的显示器.由于他们的特点不同，其应用的场合也不同.本次试验采用 LED 显示.

LED 显示器是由 8 个发光的二极管构成，也可以成为数码管，通过不同的组合来显示不同的字符.它通常有两种型号，共阴极和共阳极.以共阴极为例，它常用的显示字形按照显示字符顺序排列，通常显示代码放在程序存储器的固定区域，构成显示代码表.想要显示某个字符时，可以根据代码表查找.

4 具体实现过程

步进电机在其本质上是一个数字/角度转换器.本次试验主要是通过读取 LED 上显示的步进电机的正转和反转相对应的命令，还有它的转速和转动步数，直到其转动步数减为零后才转动停止.

在这次的实验过程里，我们采用 51单片机的P1 口，P1 口是一个准双向的 8 位并行口，主要作为通用的 I/O 口使用，由特殊功能寄存器 P1 管理 P1口各位的工作状态，其地址为 90H, 各位地址为90H～97H.P1 口各位的结构完全相同，但又互相独立.其中 P1 口的 5 位 P1.0、P1.1、P1.5、P1.6、P1.7 还有第二功能.本试验中用到了 P1.0、P1.1、P1.3.通过这几条 I/O 线,向步进电动机传送控制信号.我们把步进电机通电换相的过程称为脉冲分配.而单片机控制步进电机严格按照步进电动机的工作方式进行.我们利用单片机的输入输出口线直接来控制步进电机各相驱动线路.

下面就程序的执行过程作简要概述：步进电机的正反转、停止等功能我们可以通过中断程序来设置，我们知道单片机的中断系统的主要作用是对其外部或者内部的中断请求进行管理或者处理.那么，它的中断源怎样来选择呢？因为我们要用到键盘，所以我们利用键盘作为它的一个外部中断源是很好的选择.控制步进电机达到最优效果可以通过调用中断服务程序采用中断和查询相结合的方法来实现.

我们通过键盘输入数字，设定步进电机正转时显示器第一位为 0，反转时为 1；显示器第二位显示0—F时表示步进电机的实时转速，第三位到第六位为预先设定的步进电机转动步数，当我们按下F0/EX 键后，步进电机开始转动，步数逐渐减小到零时步进电机停止转动.实验程序流程图如图 1 所示：

图1 实验程序流程图

5 部分实验程序

程序初始化部分以及其他部分程序省略.

6 结束语

本文由单片机发出相应的控制信号、运用中断程序来控制步进电机.很好地满足了控制系统的研制中最基本的性能可靠和结构简单的要求.

〔1〕王晓明.电动机的单片机控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

〔2〕胡汉才.单片机原理及接口技术[M].北京：清华大学出版社，1996.

〔3〕宋锦河.步进电机控制系统的快速实现[J].鄂州大学学报，2004（10）：4～6.

〔4〕李华.MCS-51 系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,2004.

〔5〕张迎新.单片机（微控制器）原理及应用.北京：高等教育出版社，2009.

〔6〕何立民.单片机应用技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，1993.

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2015 年 11 月 10 日