关于步进电机的问题

单片机控制步进电机驱动器工作原理

步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。

有时从一些旧设备上拆下的步进电机（这种电机一般没有损坏）要改作它用，一般需自己设计驱动器。本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。

本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。

1 步进电机的工作原理

该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。

开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相

绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

2基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理

AT89C2051将控制脉冲从P1口的P14~P17输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。图中L1为步进电机的一相绕组。AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。

RL1~RL4为绕组内阻，50Ω电阻是一外接电阻，起限流作用，也是一个改善回路时间常数的元件。D1~D4为续流二极管，使电机绕组产生的反电动势通过续流二极管（D1~D4）而衰减掉，从而保护了功率管TIP122不受损坏。

在50Ω外接电阻上并联一个200μF电容，可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿，提高了步进电机的高频性能。与续流二极管串联的200Ω电阻可减小回路的放电时间常数，使绕组中电流脉冲的后沿变陡，电流下降时间变小，也起到提高高频工作性能的作用。

3软件设计

该驱动器根据拨码开关KX、KY的不同组合有三种工作方式供选择：

方式1为中断方式：P35(INT1)为步进脉冲输入端，P37为正反转脉冲输入端。上位机（PC机或单片机）与驱动器仅以2条线相连。

方式2为串行通讯方式：上位机（PC机或单片机）将控制命令发送给驱动器，驱动器根据控制命令自行完成有关控制过程。

方式3为拨码开关控制方式：通过K1~K5的不同组合，直接控制步进电机。

当上电或按下复位键KR后，AT89C2051先检测拨码开关KX、KY的状态，根据KX、KY 的不同组合，进入不同的工作方式。以下给出方式1的程序流程框图与源程序。

在程序的编制中，要特别注意步进电机在换向时的处理。为使步进电机在换向时能平滑过渡，不至于产生错步，应在每一步中设置标志位。其中20H单元的各位为步进电机正转标志位；21H单元各位为反转标志位。在正转时，不仅给正转标志位赋值，也同时给反转标志位赋值；在反转时也如此。这样，当步进电机换向时，就可以上一次的位置作为起点反向运动，避免了电机换向时产生错步。

方式1源程序：

MOV        20H,#00H              ;20H单元置初值，电机正转位置指针

MOV         21H,#00H              ;21H单元置初值，电机反转位置指针

MOV         P1,#0C0H              ;P1口置初值，防止电机上电短路

MOV         TMOD,#60H           ;T1计数器置初值,开中断

MOV         TL1,#0FFH

MOV         TH1,#0FFH

SETB        ET1

SETB        EA

SETB        TR1

SJMP        $

;计数器1中断程序

IT1P:       JB          P37,FAN              ;电机正、反转指针

;电机正转

JB          00H,LOOP0

JB          01H,LOOP1

JB          02H,LOOP2

JB          03H,LOOP3

JB          04H,LOOP4

JB          05H,LOOP5

JB          06H,LOOP6

JB          07H,LOOP7

LOOP0:       MOV         P1,#0D0H

MOV         20H,#02H

MOV         21H,#40H

AJMP        QUIT

LOOP1:      MOV         P1,#090H

MOV         20H,#04H

MOV         21H,#20H

AJMP        QUIT

LOOP2:      MOV         P1,#0B0H

MOV         20H,#08H

MOV         21H,#10H

AJMP        QUIT

LOOP3:      MOV         P1,#030H

MOV         20H,#10H

MOV         21H,#08H

AJMP        QUIT

LOOP4:      MOV         P1,#070H

MOV         20H,#20H

MOV         21H,#04H

AJMP        QUIT

LOOP5:      MOV         P1,#060H

MOV         20H,#40H

MOV         21H,#02H

AJMP        QUIT

LOOP6:      MOV         P1,#0E0H

MOV         20H,#80H

MOV         21H,#01H

AJMP        QUIT

LOOP7:      MOV         P1,#0C0H

MOV     ;     20H,#01H

MOV         21H,#80H

AJMP        QUIT

;电机反转

FAN:        JB          08H,LOOQ0

JB          09H,LOOQ1

JB          0AH,LOOQ2

JB          0BH,LOOQ3

JB          0CH,LOOQ4

JB          0DH,LOOQ5

JB          0EH,LOOQ6

JB          0FH,LOOQ7

LOOQ0:      MOV         P1,#0A0H

MOV         21H,#02H

MOV         20H,#40H

AJMP        QUIT

LOOQ1:      MOV         P1,#0E0H

MOV         21H,#04H

MOV         20H,#20H

AJMP        QUIT

LOOQ2:      MOV         P1,#0C0H

MOV         21H,#08H

MOV         20H,#10H

AJMP        QUIT

LOOQ3:      MOV         P1,#0D0H

MOV         21H,#10H

MOV         20H,#08H

AJMP        QUIT

LOOQ4:      MOV         P1,#050H

MOV         21H,#20H

MOV         20H,#04H

AJMP        QUIT

LOOQ5:      MOV         P1,#070H

MOV         21H,#40H

MOV         20H,#02H

AJMP        QUIT

LOOQ6:      MOV         P1,#030H

MOV         21H,#80H

MOV         20H,#01H

AJMP        QUIT

LOOQ7:      MOV         P1,#0B0H

MOV         21H,#01H

MOV         20H,#80H

QUIT:       RETI

END

4结论

该驱动器经实验验证能驱动05Nm的步进电机。将驱动部分的电阻、电容及续流二极管的有关参数加以调整，可驱动12Nm的步进电机。该驱动器电路简单可靠，结构紧凑，对于I/O口线与单片机资源紧张的系统来说特别适用。

上位机上位机是指人可以直接发出 *** 控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。 下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般为模拟量），转换成数字信号反馈给上位机。简言之如此，实际情况千差万别，但 万变不离其宗 ：上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。 下位机下位机是直接控制设备获取设备状况的的计算机，一般是PLC/单片机之类的。

上位机和下位机分别是：

1、上位机：

上位机是指可以直接发出 *** 控命令的计算机，一般是PC/host computer/master computer/upper computer,屏幕上显示各种信号变化。

2、下位机：

下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机single chip microcomputer/slave computer/lower computer之类的。

扩展资料：

通常上位机和下位机通讯可以采用不同的通讯协议，可以有RS232的串口通讯或者采用RS485串行通讯。

当用计算机和PLC通讯的时候，不但可以采用传统的D形式的串行通讯，还可以采用更适合工业控制的双线的PROFIBUS-DP通讯。采用封装好的程序开发工具就可以实现PLC和上位机的通讯，可以自己编写驱动类的接口协议控制上位机和下位机的通讯。

参考资料来源：百度百科—上位机

参考资料来源：百度百科—下位机

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