原標題：步進電機的控制原理及其單片機控制實現(xiàn)

步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為相應角位移或線位移的電動機，其控制原理及單片機控制實現(xiàn)方式如下：

一、步進電機的控制原理

步進電機兩個相鄰磁極之間的夾角通常為60°，線圈繞過相對的兩個磁極，構(gòu)成一相（如A-A’、B-B’、C-C’）。磁極上有均勻分布的矩形小齒，而轉(zhuǎn)子上沒有繞組，但有均勻分布的小齒，且相鄰兩個齒之間的夾角固定（如9°）。步進電機的控制原理主要基于以下方面：

• 工作原理：步進電機基于最基本的電磁鐵原理，是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，其動作原理是依靠氣隙磁導的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。當某組繞組通電時，相應的兩個磁極就分別形成N-S極，產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。如果這時定子的小齒與轉(zhuǎn)子沒有對齊，則在磁場的作用下轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動一定的角度，使轉(zhuǎn)子齒與定子齒對齊，從而使步進電機向前“走”一步。

• 控制方式：步進電機的轉(zhuǎn)動角度大小與施加的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速度與脈沖頻率成正比，而轉(zhuǎn)動方向則與脈沖的順序有關。通過按順序給繞組施加有序的脈沖電流，就可以控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)字角度的轉(zhuǎn)換。

• 步進角：步進電機旋轉(zhuǎn)的步距角是根據(jù)電機結(jié)構(gòu)通過比例控制產(chǎn)生的。如果控制電路的細分控制不變，那么步進器旋轉(zhuǎn)的步距角理論上是固定角度。實際工作中，電機旋轉(zhuǎn)的步距角會略有不同，這主要是由于電機結(jié)構(gòu)上的固定誤差造成的，而且這種誤差不會累積。

以三相步進電機為例，電流脈沖的施加方式主要有：

• 單相三拍方式：按單相繞組施加電流脈沖，每一拍步進角為3°。

• 雙相三拍方式：按雙相繞組施加電流脈沖。

• 三相六拍方式：單相繞組和雙相繞組交替施加電流脈沖，步進角為1.5°。三相六拍下，步進電機的運行反轉(zhuǎn)平穩(wěn)柔和，但在同樣的運行角度與速度下，三相六拍驅(qū)動脈沖的頻率需提高一倍，對驅(qū)動開關管的開關特性要求較高。

二、步進電機的單片機控制實現(xiàn)

步進電機無法直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動電源（步進電機驅(qū)動器）。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，軟硬件結(jié)合的控制方式成為了主流，即通過程序產(chǎn)生控制脈沖，驅(qū)動硬件電路。單片機通過軟件來控制步進電機，可以更好地挖掘電機的潛力。單片機控制步進電機的實現(xiàn)方式主要包括以下步驟：

• 設計電路：主要元件包括與門、驅(qū)動芯片（如ULN2003A，用于放大電壓以驅(qū)動電機）、單片機（如AT89C52）和步進電機。

• 編寫程序：通過編程方法，在一定范圍內(nèi)自由設定步進電機的轉(zhuǎn)速、往返轉(zhuǎn)動的角度以及轉(zhuǎn)動次數(shù)等。同時，還可以方便靈活地控制步進電機的運行狀態(tài)，以滿足不同用戶的要求。

單片機控制步進電機的程序示例（以三相六拍控制為例）如下：

c復制代碼

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char



int state=0; //定義電機的狀態(tài)：state = 1 正轉(zhuǎn)，state = -1 反轉(zhuǎn)，state = 0 停止

uint time=50; //定義延時時間

int step[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}; //每一步的通電順序



sbit drive=P3^5; //控制開關量

sbit stop=P3^6;

sbit re_drive=P3^7;

sbit add=P3^1;

sbit reduce=P3^0;



//延時程序，x*10ms

void Delay_xms(uint x) {

uint i,j;

for(i=0;i<x;i++)

for(j=0;j<112;j++); //10ms

}



//反轉(zhuǎn)

void Move_reverse(uint time) {

uint i;

for(i=0;i<8;i++) {

P2=step[i];

Delay_xms(time);

}

}



//正轉(zhuǎn)

void Move(uint time) {

uint i;

for(i=7;i>=0;i--) {

P2=step[i];

Delay_xms(time);

}

}



//定義外部中斷INT0的中斷函數(shù)，開關量變化時做出反應

void ChangeState() interrupt 0 {

if(!drive) {state=1; drive=1;}

if(!stop) {state=0; stop=1;}

if(!re_drive) {state=-1; re_drive=1;}

if(!add) {time-=10; add=1; if(time<=10) time=10;}

if(!reduce) {time+=10; reduce=1; if(time>=100) time=100;}

}



void main() {

EA=1; //CPU中斷允許位

EX0=1; //外部中斷0允許位

IT0=1; //定義下降沿觸發(fā)



while(1) {

switch(state) {

case 1: Move(time); break;

case 0: Delay_xms(10); break;

case -1: Move_reverse(time); break;

}

}

}

在這個程序中，通過控制P2口的輸出以及延時函數(shù)，實現(xiàn)了對步進電機的三相六拍控制。同時，通過外部中斷INT0來檢測控制開關量的變化，從而改變電機的運行狀態(tài)。

綜上所述，步進電機的控制原理主要基于電磁鐵原理和脈沖控制，而單片機則通過軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)了對步進電機的精確控制。