從永磁式步進電機看單片機對步進電機的控制

黃紹成

摘 要：近年來，在我國的工業(yè)發(fā)展過程中，單片機的步進電機控制系統(tǒng)的應用越來越廣泛，這一控制系統(tǒng)可以在很大程度上提高轉速調整的精細度。這篇文章對于在永磁式進步電機基礎上單片機的步進電機控制系統(tǒng)進行簡要分析。

關鍵詞：單片機；步進電機；控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.130

現(xiàn)在，著眼全球科技領域，在實際應用中最為普遍、發(fā)展前景最好、能夠獲得最大經濟效益的技術之一就是自動化技術。單片步進電機控制體統(tǒng)就是一項專門服務于工業(yè)發(fā)展的一項技術，并且這項技術已經在我國的工業(yè)發(fā)展中得到非常廣泛的應用，而且取得了非常不錯的成績。但是在實際應用中想要加強單片機對步進電機的有效控制，還有很多事項需要優(yōu)化和完善。

1 步進電機的單片控制原理

步進電機屬于數(shù)控電機的一種，其主要運行原理就是通過脈沖信號來控制轉動的速度和角度，簡單講就是向步進電機發(fā)送一次脈沖信號，步進電機就會改變一次運行角度，這一控制系統(tǒng)的主要優(yōu)勢就是通過脈沖信號的指令來進行控制，簡單而言就是電機運轉角度的調整是由輸入的脈沖數(shù)據(jù)來決定的，而決定電機運轉速度的則是脈沖信號的頻率，因此，這一控制系統(tǒng)尤其適合單片機控制[1]。單片機對于步進電機的控制系統(tǒng)是由步進電機、驅動電路、負載以及單片機I/O組成。

對于步進電機而言單片機的主要作用就是為其提供運轉的動力和指令，并且將脈沖信號輸送給驅動電路，讓控制信號指導驅動電路的運行狀態(tài)，對步進電機的運轉角度和運轉速度進行控制。而在實際操作過程中就需要完成相應的編程，才能夠有效的實現(xiàn)這一操作，首先，要將單片機所產生的驅動脈沖信號的循環(huán)次序進行調整和改變，來實現(xiàn)步進電機運轉角度的改變；通過對單片機所傳輸?shù)拿}沖信號頻率的改變，來實現(xiàn)步進電機運轉速度的調整。

2 永磁式步進電機的工作原理分析

如圖1所示，當電機始終處于兩相通電狀態(tài)就會讓電機實現(xiàn)雙相通電步進，但是，在進行極性轉換時一次只能實現(xiàn)一項[2]。①給電機的b相和a相同時通電，依據(jù)異性相吸、同性相斥的物理原理，通過電磁場的作用將轉子調整到圖a的位置上；②然后將轉子轉到圖b的位置上，同時改變a相的極性，給b相和a相同時通電；③之后再將b相的極性進行轉變，再給b相和a相同時通電，轉子的位置就會如圖c顯示的那樣；④給b相和a相進行同時通電，轉子的位置就會如圖d顯示的那樣。這樣我們就可以看到，想要讓電機的電子轉動到適當?shù)奈恢弥恍枰淖兺姺绞郊纯伞Ｒ驗椋琣b兩相的定子和轉子之間的軸線狀態(tài)始終對直，當這兩相始終處于通電的狀態(tài)下就可以獲取更多的力矩。

不僅如此，也可以在步進電機的相位轉換處關閉一個相位讓電機的運行角度“轉一半”，即將整個步進電機的轉換角度一分為二，讓電機的工作方式呈半步步進形式，其具體的操作方式就是將兩相電機的雙相通電和單相通電方式進行有機結合。

3 單片機對步進電機的控制方式分析

（1）對步進電機的運行速度進行控制。對于步進電機而言，給其一個脈沖信號，它就會運行一下，在給它一個脈沖信號，再運行一下，依次循環(huán)。步進電機的運轉速度和發(fā)射脈沖信號的時間間隔的長短有著緊密的聯(lián)系，脈沖信號傳遞的時間間隔越短電動機的轉動速度越快。總而言之，就是步進電機的運行速度取決于脈沖信號的發(fā)送頻率。對單片機發(fā)射脈沖信號的頻率進行調整，就能夠在很大程度上提升步進電機的運轉速度。因此，想要控制步進電機的運轉速度，只要改變單片機的脈沖信息傳送頻率就可以有效實現(xiàn)。這一調控方式主要是依靠系統(tǒng)軟件來完成，將脈沖信號的傳輸時間進行改變，就可以縮短脈沖信號的傳遞頻率。

（2）控制步進電機在數(shù)控裝置中的位置。步進電機每運行一次，設置的脈沖信號數(shù)據(jù)減一，如果步進電機的運行情況正常，當系統(tǒng)執(zhí)行指令到達指定目標位置時，即所設置的脈沖信號數(shù)據(jù)為零時，步進電機就會接到停止運行的信號，因此，利用脈沖信號數(shù)據(jù)是否為零，來作為判定步進電機是否到達指定位置的依據(jù)，同時，這也是其停止運行的信號。控制步進電機的運行位置，就是指執(zhí)行機構在步進電機的帶動下，精準的從一個位置運行到指定位置。能夠對步進電機在數(shù)控裝置中的位置進行控制，是單片機控制系統(tǒng)的主要優(yōu)勢之一，這樣就可以在數(shù)控裝置中減少位置傳感器的應用，僅需通過單個開關就可以實現(xiàn)精準位置的控制，因此，這一系統(tǒng)在工業(yè)發(fā)展中的應用范圍非常廣。

（3）步進電機轉速顯示及其控制。步進電機的轉速顯示和控制，即通過控制、調控對兩個步進電機的運轉速度進行控制，并且對其轉速進行逐一設定和顯示，可以便于對相關聯(lián)的機器進行控制操作。步進電機運轉速度的控制是以控制系統(tǒng)給出的數(shù)據(jù)組合為標準，只需要通過計算機對其數(shù)據(jù)進行改變就可以實現(xiàn)對其有效控制。因此，便于單片機控制系統(tǒng)的操作，需要設置相應的設備控制按鍵：選擇按鍵、確定按鍵、輸入按鍵、輸出按鍵以及開始按鍵，通過輸入按鍵和選擇按鍵對機器的運轉速度進行控制；之后在通過確定按鍵和開始按鍵來對其需要進行的工作速度進行確定；其他按鍵都是為了電機的工作和運行而設置的，其中就包括停止按鍵和緊急停止按鍵。單片機步進電機控制系統(tǒng)可以通過選擇機器的型號來滿足工作需求。

4 結束語

綜上所述，這篇文章通過對單片機對步進電機的控制方式進行分析，可以在一定程度上將步進電機的傳統(tǒng)復雜的控制線路進行簡化，有效解決了其控制難、改變其運轉方向和運轉速度難的問題。這一控制方式只需要通過系統(tǒng)按鍵對其所需數(shù)據(jù)組的改變就可以有效實現(xiàn)對步進電機的工作狀態(tài)的控制，可以在很大程度上方便步進電機的轉速控制和方向控制，可以讓控制形式更加的方便、靈活。同時，在其控制系統(tǒng)中加入中斷功能，可以實現(xiàn)隨時對步進電機的運轉狀態(tài)進行調整，可以對其進行實時控制。近年來，這項控制系統(tǒng)已經在我國的工業(yè)發(fā)展中得到廣泛應用，并且可以讓步進電機的運轉角度和運轉速度更加的精準、快速，這在科技發(fā)展上是非常大的進步。

參考文獻：

[1]羅勝華，蔣燕，陳文明.永磁式步進電機控制系統(tǒng)的設計[J].機電信息，2016（03）：106-107.

[2]楊凱.從永磁式步進電機看單片機對步進電機的控制[J].硅谷，

2013（03）：92.