基于单片机的步进电机开环控制系统

《电机与控制应用》２００６，３３（４）

（１）晶振电路

单片机的时钟信号通常用两种电路形式得

到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚

ｘＴＡＬｌ和ｘＴＡＬ２外接晶体振荡器（简称晶振）或

陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片

机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，

就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部

振荡方式的外部电路如图３所示。本系统选Ｃ１

和ｃ２值为３０

ｐＦ。

图３内部振荡电路

（２）光电隔离电路

利用光隔离器组成的光电隔离电路将控制器

与外部的驱动电路隔离开来，使得外部电路的变

化不至于影响或者损坏控镧系统，从而提高系统

的可靠性，增强抗干扰能力。光隔离器最重要的

参数是电流传输比ｃＴＲ，通常其值为ｏ．２～ｏ．９。

输入数字信号提供一定的电流（５—１０ ｍＡ）时，光

隔离器才会输出放大的数字电平。

光隔离器连接时注意信号正负逻辑。光隔离

器的输入、输出端地线必须互相隔开，并且输入、

输出端两个电源必须单独供电；如果使用同一电

源，外部干扰信号可能通过电源串到系统中来。

（３）存储模块

８９ｃ５１单片机片内只有１２８ Ｂ的ＲＡＭ，而本

系统中需要存储的数据较多，需扩展外部ＲＡＭ。

（４）步进脉冲产生电路

在采用单片机的步进电机开环系统中，控制

系统的ＣＰ脉冲的频率或换向周期实际上是控制

步进电机的运行速度。系统可用两种办法实现步

进电机的速度控制：一种是延时，一种是定时。

延时方法是在每次换向之后调用一个延时子

程序，待延时结束后再次执行换向，这样周而复始

就可发出一定频率的ｃＰ脉冲或换向周期。延时

子程序的延时时间与换向程序所用的时间和就是

ｃＰ脉冲的周期。该方法简单，占用资源少，全部

由软件实现，调用不同的子程序可以实现不同速

度的运行；但占用ＣＰＵ时间长，不能在运行时处

理其他工作，因此只适合较简单的控制过程。

一６２一

定时方法是利用单片机系统中的定时器定时

功能产生任意周期的定时信号，从而可方便地控

制系统输出ｃＰ脉冲的周期。当定时器起动后，

定时器从装载的初值开始对系统及其周期进行加

计数；当定时器溢出时，定时器产生中断，系统转

去执行定时中断子程序。将电机换向子程序放在

定时中断服务程序中，定时中断一次，电机换向一

次，从而实现电机的速度控制。由于从定时器装

载完重新起动开始至定时器申请中断止，有一定

的时间间隔，造成定时时间增加。为了减少这种

定时误差，实现精确定时，要对重装的计数初值作

适当调整。调整的重装初值主要考虑两个因素：

一是中断响应所需的时间；二是重装初值指令所

占用的时间，包括在重装初值前中断服务程序中

的其他指令因素。综合这两个因素后，重装计数

初值的修正量取８个机器周期，即要使定时时间

缩短８个机器周期。

用定时中断方式控制电动机变速时，实际上

是不断改变定时器装载值的大小。在控制过程

中，采用离散办法逼近理想升降速曲线。为了减

少每步计算装载值的时间，系统设计时就把各离

散点的速度所需的装载值固化在系统的ＲＯＭ

中，系统在运行中用查表法查出所需的装载值，这

样可大幅减少占用ＣＰｕ的时间，提高系统的响应

速度。其流程图如图４所示。

１．２步进电机驱动电路

步进电机驱动电路由专用芯片硷９７、Ｌ２９８

组合而成。Ｌ２９７单片步进电机控制集成电路适

用于双极性二相步进电机或四相单极性步进电机

的控制，与Ｈ桥式驱动芯片必８组合成完整的步

进电机固定斩波频率的ＰｗＭ恒流斩波驱动器。

也９７步进电机控制集成电路产生四相驱动

信号，用以控制双极性二相步进电机或四相单极

性步进电机，可以采用半步、二相励磁和单相励磁

３种方式的切换。使用【２９７的突出特点是外部

只需时钟、方向和工作方式３个输入信号，同时

Ｌ２９７自动产生电机励磁相序，减轻了微处理器控

制和编程负担。Ｌ２９７具有ＤＩＰ２０和Ｓ０２０ ２种封

装形式，可用来控制集成桥式驱动电路或分立元

件组成的驱动电路。

Ｌ２９７主要由译码器、固定斩波频率的ＰｗＭ

恒流斩波器（２个）以及输出逻辑控制组成。

万方数据