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一种基于单片机步进电机驱动方法 　　【摘 要】随着工业自动化的发展，步进电机的应用越来越广泛。本文通过阐述步进电机的工作原理和特性，提出了一种基于单片机控制的步进电机驱动实现方法和有关软硬件设计方法。 【关键词】步进电机；单片机；伺服系统 1.引言 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的机电执行元件。每外加一个控制脉冲，电机就运行一步，故称为步进电机或脉冲马达。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100 %） 的特点，广泛应用于各种开环控制。 2.步进电机的特点 步进电机具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，因此具有瞬间起动与急速停止的优越特性。与其他驱动元件相比，有明显优点：通常不需要反馈就能对位移或速度进行精确控制；输出的转角或位移精度高，误差不会积累；控制系统结构简单，与数字设备兼容，价格便宜。 3.步进电机驱动方法及软硬件实现 步进电机驱动的组成包括变频信号源、脉冲分配器和功率放大器3 部分，如图1 所示。 3.1三相步进电机的运行原理 三相步进电机的3个绕组的尾端连接在一起，另一端接驱动电源，分别为A、B、C。依次对应每相输入一个脉冲，步进电机旋转3°（设步进电机步距角为3°） ，电机的转动是根据控制绕组与电源接通或开断的变化频率呈步进状态，其转向取决于通电相序。下面说明三相反应式步进电机为单拍或单- 双拍的运行方式。 3.1.1 三相单三拍运行方式 正转时序为：A →B →C →A →，反转时序为C →B→A →C →。每次通电时仅有一相绕组通电，且每经过3 次切换控制绕组的通电状态为一循环，每一拍步进角为3°。 3.1.2三相双六拍运行方式 正转的时序为：A →AB →B →BC →C →CA →A →。当步进电机反转时，时序与正转时序相反， 反转的时序为： A →AC →C →CB →B →BA →A →。首先A相通电，而后AB 两绕组再同时通电；此后断开A相绕组，B相单独通电，依此规律循环往复。这种方式需经过6个切换才能完成一个循环。单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲，步进角则为1. 5 在三相六拍下，步进电机运行平稳柔和，但在同样的运行角度与速度下，三相六拍驱动脉冲的频率需提高1倍。每次切换电源时，总有一相绕组处于通电状态，故避免了失步和振荡现象。 3.1.3步进电动机的运转速度 当步进电机的步距角一定时，步进电机的转速与单片机输出的脉冲的频率成正比，所以只要改变脉冲的频率，便可以改变步进电机的转速。脉冲的频率决定了电机运转的速度。输入脉冲频率越高，电动机运转速度越快。否则，速度就越慢。 3.2 AT89C51 单片机控制步进电机的硬件设计 步进电动机控制采用软件方法控制步进电动机的旋转。步进电动机的驱动脉冲由AT89C51 单片机编程实现，并通过8255 芯片的A端口的PA0 、PA1 、PA2 脚发出，然后再驱动电动机的A、B、C 三相。由于步进电动机所需的驱动电流较大，所以驱动步进电动机的各相支路均通过复合管驱动。同时考虑到步进电动机各相驱动电流较大，驱动电流的通断会造成电磁干扰的反串，从而影响单片机的正常工作，因此在输出通道上加入了光电隔离器，以割断步进电动机的电流驱动和AT89C51单片机控制电路之间的电联系。另外，在步进电动机的各相绕组上串接限流电阻，以防止过大的电流流过线圈。在电动机绕组的两端并联了一个二极管，主要用于在复合管从导通转入截止的瞬间，吸收绕组线圈中的反电动势以避免产生电磁干扰影响其他电路工作并击穿复合管。通过8255A芯片的B口读取启P停以及正P反转控制信号（S1 、S2的键值） 。 3.3 AT89C51 单片机控制步进电机的软件设计 3.3.1 系统软件程序功能 系统软件的功能主要是控制步进电机的启动、按顺序发出控制命令，判断步进电机是否到达极限位置，控制步进电机的转向和运行速度的变化等。单片机向可编程接口芯片8255输出控制信号、数据，再由可编程接口芯片8255A 输出控制步进电机的各相导通或截止的控制信号。该系统采用查表法，根据步进电机励磁状态转换，求出所需的环形分配器的输出状态，并以二进制码的形式依次存入AT89C51 单片机内部的EEPROM 中，然后按照正向或反向顺序依次取出地址的状态字，送给8255A的PA1 、PA2、PA3输出各励磁状态，经放大电路驱动步进电机，从而实现环形分配器的功能。 3.3.2步进电机的软件设计要点 以三相六拍为例，其中1代表高电平，表示驱动的磁极绕组