基于单片机的步进电机驱动方法研究

王啸东

（南京铁道职业技术学院，江苏 苏州 215137）

步进电机是一种数字控制的电动机，步进电机具有结构简单、运行可靠、控制方便、控制性能好等优点，它将电脉冲信号转变成电机转子的角位移。步进电机是工业过程控制与仪表中常用的控制元件，在数控机床、绘图仪、打印机及机器人等领域得到广泛的应用。为了实现步进电机的简易运动控制，一般采用单片机驱动步进电机，实现步进电机的速度和位置定位控制。

1 步进电动机

步进电动机有三线式、五线式、六线式3种，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。若每旋转一圈以20个励磁信号来计算，则每个励磁信号前进18度，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲顺序来控制。

2 励磁方式

步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全步励磁又有一相励磁及二相励磁之分，而半步励磁又称1－2相励磁。步进电动机的控制等效电路，适应控制A、B、/A、/B的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。因此，依序不断送出脉冲信号，即可使步进电动机连续转动。

2.1 1相励磁法

在每一瞬间只有一个线圈导通。消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每送一励磁信号可走18度。若欲以一相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序见表 1。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。

励磁顺序：A→B→C→D→A。

表1 相励磁顺序表

2.2 2相励磁法

在每一瞬间会有两个线圈同时导通。因其转矩大，振动小，故为目前使用最多的励磁方式，每送一励磁信号可走18度。若以2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序见表 2。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。

励磁顺序：AB→BC→CD→DA→AB。

表2 相励磁顺序表

2.3 1-2相励磁法

为1相与2相轮流交替导通。因分辨率提高，且运转平滑，每送一励磁信号可走9度，故亦广泛被采用。若以1相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序见表 3。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。

励磁顺序：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。

表3 1－2相励磁顺序表

电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。

3 硬件电路

单片机系统的输出通道也就是控制步进电机的通道，由于AT89C51的P1口作为输出通道的控制端口，采用三相六拍的步进电机进行并行控制需要单片机P1口中的三位P1.0、P1.1、P1.2，分别接三相步进电机的A、B、C三相见图1。步进电机的脉冲分配由单片机通过软件控制构成环行分配器，功率放大器选用单电压功率放大电路。循环使三个绕组通电就可以驱动电机，只要按照一定的顺序改变三位 I/O口的通电的顺序就可以控制步进电机按照一定的方向转动。

图1 系统原理图

4 软件设计

单片机的P1.0～P1.3来控制步进电机，本程序以1－2相励磁法使步进电机正向转动180度后停止（具体程序省略）。

表4 正转控制模型资料

表5 反转控制模型资料

5 结束语

本文介绍了步进电机驱动方法与单片机系统的设计方法，系统采用单片机控制系统和相关电路，使得单片机对电机的控制更易实现，性价比更高。本设计的步进电机单片机控制系统实现了步进电机速度控制，大大改善了步进电机的运行的平稳性，增强了抗干扰性能。

1 孙涵芳、徐爱卿.单片机原理及应用［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1996

2 于海生.微型计算机控制技术［M］.北京：清华大学出版社，1999.3