从永磁式步进电机看单片机对步进电机的控制

    黄绍成

    摘 要：近年来，在我国的工业发展过程中，单片机的步进电机控制系统的应用越来越广泛，这一控制系统可以在很大程度上提高转速调整的精细度。这篇文章对于在永磁式进步电机基础上单片机的步进电机控制系统进行简要分析。

    关键词：单片机；步进电机；控制

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

    现在，着眼全球科技领域，在实际应用中最为普遍、发展前景最好、能够获得最大经济效益的技术之一就是自动化技术。单片步进电机控制体统就是一项专门服务于工业发展的一项技术，并且这项技术已经在我国的工业发展中得到非常广泛的应用，而且取得了非常不错的成绩。但是在实际应用中想要加强单片机对步进电机的有效控制，还有很多事项需要优化和完善。

    1 步进电机的单片控制原理

    步进电机属于数控电机的一种，其主要运行原理就是通过脉冲信号来控制转动的速度和角度，简单讲就是向步进电机发送一次脉冲信号，步进电机就会改变一次运行角度，这一控制系统的主要优势就是通过脉冲信号的指令来进行控制，简单而言就是电机运转角度的调整是由输入的脉冲数据来决定的，而决定电机运转速度的则是脉冲信号的频率，因此，这一控制系统尤其适合单片机控制[1]。单片机对于步进电机的控制系统是由步进电机、驱动电路、负载以及单片机I/O组成。

    对于步进电机而言单片机的主要作用就是为其提供运转的动力和指令，并且将脉冲信号输送给驱动电路，让控制信号指导驱动电路的运行状态，对步进电机的运转角度和运转速度进行控制。而在实际操作过程中就需要完成相应的编程，才能够有效的实现这一操作，首先，要将单片机所产生的驱动脉冲信号的循环次序进行调整和改变，来实现步进电机运转角度的改变；通过对单片机所传输的脉冲信号频率的改变，来实现步进电机运转速度的调整。

    2 永磁式步进电机的工作原理分析

    如图1所示，当电机始终处于两相通电状态就会让电机实现双相通电步进，但是，在进行极性转换时一次只能实现一项[2]。①给电机的b相和a相同时通电，依据异性相吸、同性相斥的物理原理，通过电磁场的作用将转子调整到图a的位置上；②然后将转子转到图b的位置上，同时改变a相的极性，给b相和a相同时通电；③之后再将b相的极性进行转变，再给b相和a相同时通电，转子的位置就会如图c显示的那样；④给b相和a相进行同时通电，转子的位置就会如图d显示的那样。这样我们就可以看到，想要让电机的电子转动到适当的位置只需要改变通电方式即可。因为，ab两相的定子和转子之间的轴线状态始终对直，当这两相始终处于通电的状态下就可以获取更多的力矩。

    不仅如此，也可以在步进电机的相位转换处关闭一个相位让电机的运行角度“转一半”，即将整个步进电机的转换角度一分为二，让电机的工作方式呈半步步进形式，其具体的操作方式就是将两相电机的双相通电和单相通电方式进行有机结合。

    3 单片机对步进电机的控制方式分析

    （1）对步进电机的运行速度进行控制。对于步进电机而言，给其一个脉冲信号，它就会运行一下，在给它一个脉冲信号，再运行一下，依次循环。步进电机的运转速度和发射脉冲信号的时间间隔的长短有着紧密的联系，脉冲信号传递的时间间隔越短电动机的转动速度越快。总而言之，就是步进电机的运行速度取决于脉冲信号的发送频率。对单片机发射脉冲信号的频率进行调整，就能够在很大程度上提升步进电机的运转速度。因此，想要控制步进电机的运转速度，只要改变单片机的脉冲信息传送频率就可以有效实现。这一调控方式主要是依靠系统软件来完成，将脉冲信号的传输时间进行改变，就可以缩短脉冲信号的传递频率。

    （2）控制步进电机在数控装置中的位置。步进电机每运行一次，设置的脉冲信号数据减一，如果步进电机的运行情况正常，当系统执行指令到达指定目标位置时，即所设置的脉冲信号数据为零时，步进电机就会接到停止运行的信号，因此，利用脉冲信号数据是否为零，来作为判定步进电机是否到达指定位置的依据，同时，这也是其停止运行的信号。控制步进电机的运行位置，就是指执行机构在步进电机的带动下，精准的从一个位置运行到指定位置。能够对步进电机在數控装置中的位置进行控制，是单片机控制系统的主要优势之一，这样就可以在数控装置中减少位置传感器的应用，仅需通过单个开关就可以实现精准位置的控制，因此，这一系统在工业发展中的应用范围非常广。

    （3）步进电机转速显示及其控制。步进电机的转速显示和控制，即通过控制、调控对两个步进电机的运转速度进行控制，并且对其转速进行逐一设定和显示，可以便于对相关联的机器进行控制操作。步进电机运转速度的控制是以控制系统给出的数据组合为标准，只需要通过计算机对其数据进行改变就可以实现对其有效控制。因此，便于单片机控制系统的操作，需要设置相应的设备控制按键：选择按键、确定按键、输入按键、输出按键以及开始按键，通过输入按键和选择按键对机器的运转速度进行控制；之后在通过确定按键和开始按键来对其需要进行的工作速度进行确定；其他按键都是为了电机的工作和运行而设置的，其中就包括停止按键和紧急停止按键。单片机步进电机控制系统可以通过选择机器的型号来满足工作需求。

    4 结束语

    综上所述，这篇文章通过对单片机对步进电机的控制方式进行分析，可以在一定程度上将步进电机的传统复杂的控制线路进行简化，有效解决了其控制难、改变其运转方向和运转速度难的问题。这一控制方式只需要通过系统按键对其所需数据组的改变就可以有效实现对步进电机的工作状态的控制，可以在很大程度上方便步进电机的转速控制和方向控制，可以让控制形式更加的方便、灵活。同时，在其控制系统中加入中断功能，可以实现随时对步进电机的运转状态进行调整，可以对其进行实时控制。近年来，这项控制系统已经在我国的工业发展中得到广泛应用，并且可以让步进电机的运转角度和运转速度更加的精准、快速，这在科技发展上是非常大的进步。

    参考文献：

    [1]罗胜华，蒋燕，陈文明.永磁式步进电机控制系统的设计[J].机电信息，2016（03）：106-107.

    [2]杨凯.从永磁式步进电机看单片机对步进电机的控制[J].硅谷，

    2013（03）：92.