摘 要:本文论述了以单片机AT89C51为控制器的步进电机的控制系统,内容主要包括该系统的硬件组成,步进电机运行过程的详细
分析,PC机与AT89C51单片机之间的串行通信以及AT89C51单片机对步进电机的控制程序流程图等。
关键字:单片机; 通信; 步进电动机
1 引言
平为TTL电平,为了取得一致的传输信号,因此需要采用电平转换
在电气时代的今天,电动机一直在现代化的生产和生活中起
芯片MAX485。根据实际需求选用AT89C51单片机,但由于其数
着十分重要的作用。无论是在工农业生产还是在日常生活中的家
据存储区只有256个单元,需要扩展片外数据存储器6264。此外
用电器,都大量地使用着各种各样的电动机。因此对电动机的控
采用脉冲分配器CH250实现单片机对步进电动机的通电换向即脉
制变得越来越重要了。电动机的控制技术的发展得力于微电子技
冲分配,通过光电耦合器4N25实现步进电动机与单片机的电气隔
术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术、
离,由于单片机本身的驱动能力有限,因此需要采用专门的驱动电
微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控
路单电压驱动来实现功率放大,从而为电动机提供足够大的电流。
制技术在近二十多年内发生了翻天覆地的变化。其中电动机的控
总体的硬件方框图如图1所示:
制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制。
本文采用硬件和软件相结合的办法实现单片机对步进电动机的运
动控制。
2 硬件部分
[2]
PC机与AT89C51单片机 之间的串行通信在硬件上是由转
换器ATC－106和电平转换芯片MAX485来完成的。由于PC机
图1 总体的硬件框图
采用的是RS－232C接口标准,根据项目要求与生产中的实际情
况,需要采用传输距离较远的RS－485,因此需要采用RS-232C
3 软件部分
收稿日期:2007-05-18
通过软件实现PC机与单片机间的异步串行通信。PC机采用查询的方式发送和接收数据,单片机采用中断的方式接收PC机 T —— 步进电动机运行第 ＋1 步时所用的时间
N
1+N
1
1
传送的信息,从而确定步进电动机的旋转方向,走的总的脉冲数; 即匀速运行每一步所需要的时间
采用软件延时法控制脉冲的分配,从而控制步进电动机的整个运 由于采用软件延时的方法来控制单片机发出脉冲的时间间
行过程。 隔即通过改变脉冲的频率来改变步进电动机的运行速度。在步
进电动机匀加速运行阶段,只需按电动机每走一步所需要的时间
3.1 步进电动机运行的分析
[4]
来调用延时子程序即可。根据
步进电动机 的加减速要有严格的控制要求,那就是保证在
-VV
1-
ii
不失步和过冲的前提下,用最快的速度和最短的时间移动到指定
=a
（6）
+
TT
1-
ii
位置。本设计要求步进电动机的速度按图2所示运行。
—— 步进电动机匀加速运行阶段走第i步时的速度
V
i
—— 步进电动机匀加速运行阶段走第i步时所用的时间
T
i
由于步进电动机在匀加速运行阶段走最后一步时的速度
与匀速运行时的速度V相同
V
N
1
L
L
＝V= 又因为 ＝ 将其代入
＝
且
V V
V
V
N
1+N
1
1
1-i
i
T
T
i
1-i
（2-6）
TLTL
-
1-ii
整理得到
a＝
+TT
-
1ii
2
2
＋
＋ （7）
TaT
0=LT
TaTL
( )
-
1-ii
i
1-ii
图2 步进电动机的运行过程
通过软件调用一个开平方函数就可以求得
首先令i＝
N
1
由图可知匀加速阶段与匀减速阶段的加速度和减速度大小
等直到 、T ,这样就可以求出步进电动机匀
、
、
T
1
T
T
T
2
1-N
3-N
2-N
1
1
1
相同,方向相反,加减速的时间相同,因此只需算出加速段走的步
加速运行阶段从静止开始每走一步所用的时间。电动机在升速
数就可以知道减速时所走的步数,二者是一样的。计算过程如下:
过程中所走的总的步数即脉冲数为 ,从静止开始步进电动机
N
1
首先,恒速运行时的速度V是由用户设置的,因此是一个已
在匀加速阶段每走一步,升速阶段的总步数就减1,通过软件延时
知量。加速度a,一个脉冲走过的距离L,整个运行过程所走的步
的方法来控制走每一步所用的时间,加速阶段的延时时间是逐渐
数即总的脉冲数P也都是给定值。运行方向是根据用户的要求
,这样进行下
、
直到 、 、
变短的,依次为 、
T
T
T
T
T
T
1
3-N
2
2-N
1
N
1-N
1
1
1
由软件确定的。
去,直到 ＝0,加速过程结束,进入恒速运行阶段。步进电动机
N
1
接着计算步进电动机运行时间
N
在恒速过程中走的总步数为 ,从恒速运行开始,电动机每走一
3
—— 为步进电动机匀加速运行时所用
根据
t
atV =
1 1
步,恒速总步数就减1,因为恒速运行时走每一步用的时间都是相
的时间
同的,因此软件延时的时间均为 ,直到恒速总步数减为0,恒
T
V
1+N
1
可以求出t ＝
(1）
1
a
速过程结束,进入减速运行阶段。由于匀减速运行的过程是加速
由于匀加速阶段与匀减速阶段的加速度大小相同,因此匀
过程的逆过程,在匀加速运行阶段,步进电动机走的总的步数为
t
加速运行阶段所用的时间t 与匀减速运行时所用的时间 是相
2
1
,且 ＝N ,减速阶段电动机每走一步,减速总步数就减1,
N
N
1
1
2
2
2
at
。因为是匀加速运行,所以S＝
同的,即t ＝
,由a和t
t
1
1
1
2
2
软件延时的时间是逐渐变常的,依次为 、
、 、 直
T
T
T T
N
1-N
2-N 3-N
1
1
1 1
求出步进电动机匀加速运行阶段走过的总的距离,通过
2
到 、 ,减速总步数减为0,减速过程结束,电动机停止运行。
T
S
T
at
21
2
1
1
N
＝
（2）
＝
1
L
L 3.2 通信软件的设计
可以求出匀加速运行阶段步进电动机走的总步数即脉冲
[5]
PC机与AT89C51的串行通信程序 由两部分组成:一部分
数。由于步进电动机匀减速运行阶段是匀加速运行阶段的逆过
是PC机的通信程序,另一部分是AT89C51的通信程序。PC机
程,因此匀减速运行阶段所走的步数
与匀加速运行阶段所走
N
2
发送时,AT89C51单片机一定接收;PC机接收时,AT89C51单片
的步数 是相同的,即 ＝ ,由P、 和 可以求出步进电
N N N
N N
1
1
2
1 2
机肯定发送。而且对应发送和接收的字符要相同,否则不能达到
动机匀速运行阶段走的总步数即脉冲数为 ,即
N
3
正常通信的目的。此次设计PC机采用8086/8088汇编语言编
N
＝P－ － ＝P－2 （3）
N
N
N 1
3 1
2
写,AT89C51单片机端采用MCS－51语言编写。为了保证数据
步进电动机匀速运行时走每一步即每一个脉冲所需要的时
通信的可靠性,制定通信协议如下:
间是相同的,根据
① PC机与AT89C51单片机都可以发送和接收
L
（4）
V=
② PC机与AT89C51单片机的通信波特率为9600bps,采
T
1+N
1
L
（5）
因此
T
=
用的晶振频率为24MHZ,定时器T1工作在模式2,SMOD设置
为1,TH1的预设值为0CH,TL1的预设值为00H。
③ PC机与AT89C51单片机均采用串行口方式3。
④ 帧格式为:1位起始位,8位数据位,1位偶效验位,1位停
止位。
⑤ PC机发送的数据帧为:
表1 PC机发送数据帧表
帧起始标志为 02H,假设电动机的运行标号为5号,对应的
ASCII码值为30H,35H两个字节表示。若命令为传送命令MOV
则用0表示,其对应的ASCII码值为30H,用一个字节表示。D
表示步进电动机运行的方向标志,若为0则表示电动机正转,其
对应的ASCII码值为30H;若为1,则表示电动机反转,其对应的
ASCII码值为31H。P表示PC机传送给单片机的总的走的脉冲
数。若传送的命令为设置命令SET则用1表示,其对应的ASCII
码值为31H,用一个字节表示。需要单片机设置的参数有:a, V
和 L;为了便于PC机与AT89C51的通信编程,数据的长度取6
个字节。传送的数据只有5个字节,剩余的1个字节均用ASCII
码值30H补足,对应的为0。这样做不影响效验和。若为传送命
令帧,则效验和定义为方向信号D与总的脉冲数P的十六进制之
和再转换为相对应的ASCII码值。若为设置命令帧,则效验和定
义为a、V与L的十六进制之和再转换为D对应的ASCII码值。
帧结束标志为03H。
⑥ PC机采用查询的方式发送和接收数据,AT89C51单片机
采用串行口中断的方式接收和发送数据。
3.3 控制软件的设计
控制步进电动机匀加速、恒速、匀减速运行的程序流
程图如图2。
图2 控制步进电机的程序流程图
4 结束语
参考文献:
[1] 韩全立。单片机控制技术及应用[M]。北京:电子工业出
采用本方案可以很好的实现对步进电动机的控制。目前此
版社,2004
方案已经成功应用于电机控制的工厂等并取得了良好的效益,并
[2] 求是科技。单片机典型模块设计实例导航[M]。北京:人
正试图将其进一步完善以应用于压缩机、洗衣机等日常设备中。
民邮电出版社,2004
[3] 胡汉才，单片机原理及系统设计[M]。北京:清华大学出
当然,随着控制产品与控制技术的发展,步进电机的控制也会得到
版社,2002
进一步完善。
[4] 王晓明。电动机的单片机控制[M]。北京:北京航天航空
大学出版社,2002
[5] 杨金岩,郑应强,张振仁。8051单片机数据传输接口扩展
技术与应用实例[M]。北京:人民邮电出版社,2005
基于单片机步进电机控制 包括电机启停 正反转 速度 位置四功能 学哥学姐老师们 毕业论文急求啊啊！！~
这个有资料完全有的
步进电机控制属于应用层，通常应用步进电机的场合是工业控制，对于绝大多数工业现场控制使用的是PLC控制步进电机。
至于单片机应用于控制步进电机，通常是针对小型的电器或小型的机械设备，对此，需要学习单片机软硬件知识。
至于哪个好，那么需要看你个人职业发展的方向了，如果你个人职业发展趋向于电子电器方面，那么建议学单片机控制步进电机；如果你个人职业发展方向趋向于工业现场控制，那么建议学习PLC控制步进电机。
#17035015830#
51单片机控制步进电机 - ******
#刘冰# 这个简单,让我来教楼主怎么玩 首先我说下思路:我们采用P1口来采集ADC0832的8位数据,用P0.0口控制步进电机动作,利用T0的时间中断来采集P1口的ADC0832数据并做出比较后设置步进电机启动标志位start=1;并设置他的运行频率,...
#17035015830#
求单片机控制步进电机正反转圈数程序....哪位高手教教我,在线等... - ******
#刘冰# 你先定义正反向控制数组 void control() { if(温度>=25) do { 正转(圈数) }while(!(圈数=8)) if(温度do { 反转(圈数) }while(!(圈数=8)) } void display(uint temp) { 尽量避免浮点数运算 . 显示数码管要专门用一位显示一个点 } void main() { system_init() while(1) { control(); display(tem); } } 架构大概是这样了,你什么都没给,帮你写了 你还得改,还是自己参照原理图写吧.望采纳,并祝早日成功!
#17035015830#
步进电机如何用单片机控制? - ******
#刘冰# 步进电机的驱动是需要驱动器的,驱动器的种类不同,单片机控制的方式也不同,是不能用单片机来直接控制步进电机的.可以选用现成的驱动器,也可以自己做启动器,比如说L298.
#17035015830#
如何用单片机实现对四个步进电机的速度控制呢 - ******
#刘冰# LV.9 推荐于 2017-11-29用单片机同时是不可能的,当然,时间间隔小到可以接受,跑几个任务,那也可以视为同时.要实现真正意义上的同时,用FPGA/CPLD是可以完成的.话说回来,也许你的同时并不是说一定严格地同时工作,只是说...
#17035015830#
如何使用单片机控制步进电机? ******
#刘冰# 根据电机相数买个驱动器.然后用单片机产生脉冲来控制电机的转动以及正反转.单片机产生脉冲的方法和单片机控制流水灯是一样的.希望我的回答能给你点思路.
#17035015830#
基于单片机的步进电机加减速的控制 - ******
#刘冰# 步进电机是以窄脉冲来驱动的,每个脉冲走一步,频率越高速度越快. a、单片机控制步进电机的速度,可选一个模拟输入口(AN)接个电位器调整AN口的输入电压,实现无级调速. b、用几个i/o口,上接上拉电阻,下接开关,利用0和1编程调速.
#17035015830#
怎么用单片机控制步进电机. ******
#刘冰#最简单的是通过L297步进电机时序产生芯片+外部驱动桥电路或是L298专用驱动电路,即可进行2相步进电机驱动.
#17035015830#
单片机控制2步进电机 - ******
#刘冰# 一个步进电机用一个i/o引脚就行,光栅也是开关量信号,有几路就用几个i/o引脚.除了功率驱动,不需要扩展芯片了,你要是用8051,可能要扩展ROM和RAM.
#17035015830#
用单片机对步进电机进行控制 - ******
#刘冰# 呵呵 兄弟可以参考某些部分 呵呵 自己做的课程设计 还没有做完 完了发给你参考参考 题 目:单片机控制步进电机系统 摘 要 很多工业控制设备对位移和角度的控制精度要求较高, 一般电机很难实现, 而步进电机可精确实现所设定的角度和转数...
#17035015830#
用8051单片机设计步进电机控制器的原理和实现方法 - ******
#刘冰# 本设计采用ATMEL公司DIP-40封装的AT89S52单片机实现对四相步进电机的手动和遥控控制.由单片机产生的脉冲信号经过脉冲分配后分解出对应的四相脉冲,分解出的四相脉冲经驱动电路功率放大后驱动步进电机的转动.转速的调节和状态...
