步进电机控制体系设计中的单片机应用

刘娟

摘要：随着经济、科技的发展，我国在各方面的技术都得到了飞速提升，自动化控制技术技术其中之一，作为人们生产生活不可或缺的一部分，数控行业的发展尤其受到了重视，步进电机在工业领域中得到了广泛的应用，它能够将数字信号直接转换成角位移，驱动速度和指令脉冲能够同步，有着较高的定位精度，系统控制成本较低，在经济型数控机床等领域应用广泛。本文根据步进电机控制系统的内涵，阐述了步进电机系统的重要作用，提出了步进电机控制系统设计中的单片机的实际应用方式。

关键词：步进电机;控制系统;单片机应用;功能设计

中图分类号：TM383.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）12-0009-01

0 引言

步进电机的控制，当前有很多种方法，PLC、运动控制卡以及单片机。在步进电机控制过程中，利用单片机进行设备控制，不仅可以节省很多成本，还能够做好较强的保密措施，产品不容易被其他人所模仿。随着我国科学技术的发展与进步，我国在步进电机控制系统的研究已经积累了部分的经验，也研发出了专门的单片机控制研发体系，取得了显著的成果。但目前对于单片机在步进电机控制系统中的功能参数控制体系还缺乏一定的研究，本文根据步进电机控制系统中的单片机应用，对整个控制过程提出了更多的可能，希望能够给未来的应用开发提供一些可行性建议。

1 步进电机控制系统的内涵

步进电机控制系统（脉冲电动机）是对电机的运行参数进行有效的控制从而实现的整个设备的控制的一种基本方法，步进电机主要是对CP脉冲进行接收，然后转换步进电机的顺序为主，对信号进行拦截，环形分配器再将信号送入处理器进行放大，当信号达到一定值时，再送入推动级。其主要的功能是通过电脉冲信号的转换对步进电机进行全方位的控制，从而提升设备的精确度，达到百分之百，实现0误差。步进电机主要由电机、机械以及控制三个部分组成，其中电机和机械部分相对来说比较简单，只需要按照电机的实际运行情况，来对整个系统进行控制，它们也是步进电机的主要核心部分。通过单片机对步进电机进行系统控制，不仅提升了脉冲控制速度，还促进了运行性能的提升，实现了步进电机各个器件更加稳定正常的运行。

2 步进电机系统的重要作用

现阶段，由于多方面因素的影响，我国的数控技术相比起国外发达国家而言，还存在着一定的差距，利用率也较低。而经济型数控在我国占据着重要的位置，也有著重要的影响，它以单片机为数控功能的核心，以步进电机为制作元件，不仅结构简单，且价格成本低，很适合我国中小型企业生产使用。同时，对于控制系统的核心来说，对于步进电机系统的控制，主要是对整个运行的参数来实现控制的。其次，步进电机最大的作用是可以进行高精度的定位控制，在停止的状态下，仍然具有激磁保持力，即使不利用机械式的刹车，也能自动停止。其次，随着我国机电领域的发展，步进电机在数字控制的领域中都得到了广泛的作用，不仅提升了工作效率，还实现了在办公自动化设备中，对不同的场景，可以通过步进电机进行控制。此外，在经济型数控系统中，很多的企业利用步进电机系统，不仅提高了系统的可靠性，还提升了企业的自动化控制水平和产品的精度。

3 步进电机控制系统设计中的单片机的实际应用方式

3.1 单片机对步进电机启停的控制

步进电机其主要控制装置为单片机，不仅控制性能良好，且适应性较强，是模拟控制过渡到数字控制的核心控制装置，由于其成本低、体积小，成为了步进电机最好的控制方式。步进电机与传统的继电器相比，使用单片机系统对脉冲信号进行步进电机的启停，首先平稳电流环，降低电机精度。同时，可以起到精准启停和复位的作用，单片机在提供指令时可以记录脉冲信号的累积量，利用定量反转的方式来达到系统复位，更好的利于设备的重复使用。此外，单片机控制系统可以对启停进行延时设置，为系统实现更多的功能提供了有利的保障。

3.2 对步进电机正反转的控制

单片机对步进电机的正反转控制，需改变模块的脉冲信号的方向，来实现控制。同时，在控制步进电机正反转过程中，单片机可以改变电流的通电方向，还能在反转的过程中完成非周期性的反转，利用固定的定位点断电方式，实现相应功能的控制。

3.3 对步进电机速度的控制

对于单片机的步进电机系统的速度控制，有两种方法可以确定脉冲频率，一种是靠单片机的脉冲频率来实现，即软件延时法和定时器中，这两种方法都可以对步进电机的速度进行有效的控制。同时，在步进电机系统设计中对单片机的应用，通过单片机对步进电机进行速度的控制，其主要目的是为了给电机提供更高的效能，设定具体的工作流程，并且分析出工作荷载。再利用荷载的距离，再划分出加速和减速的精度，从而达到提升工作效率的目的。这种控制模式一方面提升了整个工作任务的工作效能，另一方面提升了系统的精确度。

其次，利用微机对步进电机进加减速控制，实际上就是改变输出脉冲分间隔时间，利用定时器终端的方式来控制步进电机的速度，其实是不断的改变定时器的参数大小。另外，软件延时方法主要是对延时程序进行调整利用，改变延时时间，实现速度控制，这种方法最大的应用特征是可以简化程序的应用，在进行延时时间控制的过程中思路十分清晰，不容易出现程序的混乱，也不会占用硬件资源。软件延时法的缺陷是增加了CPU的时间，这种方法只适合用于步进电机的简单控制。

4 结语

总而言之，步进电机是一种利用脉冲信号改变运行参数的一种先进的电机系统，对步进电机进行主要控制的核心是单片机，是办公制动化设备的主要技术，本文对步进电机控制设计的单片机应用进行了简单的分析，总结了步进电机的基本功能和作用，也从参数的角度分析了单片机在步进电机的设计应用，为今后的相关设计和应用提供基础理论和实践指导。

参考文献

[1] 王征.步進电机控制体系设计中的单片机应用研究[J].电子制作，2015（13）：87.

[2] 古志坚.基于单片机的步进电机控制系统研究[D].广州：华南理工大学，2013.

The Application of  Single Chip Microcomputer in the Design of

Step Motor Control System

LIU Juan

（Hunan Software Vocational College，Xiangtan  Hunan  411100）

Abstract：With the development of economy and science and technology， the technology in all aspects of our country has been improved rapidly. As an indispensable part of people's production and life， the development of numerical control industry has been paid special attention to. Stepping motor has been widely used in the industrial field. It can directly convert digital signal into angular displacement and drive Speed and command pulse can be synchronized， with high positioning accuracy， low cost of system control， which is widely used in economic CNC machine tools and other fields. According to the connotation of stepping motor control system， this paper expounds the important role of stepping motor system， and puts forward the practical application mode of SCM in the design of stepping motor control system.

Key words：stepping motor; control system; SCM application; function design