【正文】 加速、減速四種控制 功能。 （ 3）顯示模塊 采用 LED 七段共陰數(shù)碼管進行動態(tài)顯示。ULN2020 的輸出端允許通過 IC 電流 200mA，飽和壓降 VCE 約 1V 左右，耐壓 BVCEO 約為 36V。步進電機 位置和速度實際上跟單片機產(chǎn)生脈沖的個數(shù)和脈沖頻率是一一對應(yīng)關(guān)系，而方向由導(dǎo)電順序決定。 利用單片機編程產(chǎn)生步進電機所需 脈沖序列和方向控制信號 。 驅(qū)動電路部分由芯片 ULN2020A 和必要的外圍電路組成，單片機產(chǎn)生的信號經(jīng)驅(qū)動電路使其功率放大， 達到電機所需的驅(qū)動電壓和電流 由此驅(qū)動步進電機工作。軟件雖然較難但電路較簡單 。 液晶顯示器不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線和漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本顯示等功能，并具有功耗小、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點 。 控制模塊 產(chǎn)生一個脈沖序列和方向控制信號，使用脈沖分配器將脈沖序列分解形成四相正反相序，然后經(jīng)功率放大驅(qū)動步進電機。 圖 2 基于 FPGA 的 步進電機控制器及驅(qū)動 系統(tǒng)圖 （ 1）控制器模塊采用 FPGA 為系統(tǒng)的控制器， FPGA 可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性。此方案是用基于 FPGA 的系統(tǒng)中央控制器產(chǎn)生的PWM 環(huán)形脈沖信號經(jīng)過驅(qū)動電路的信號分配以及功率放大傳送給步進電機實現(xiàn)對步進電機的角位置或直線位移控制。系統(tǒng)可以劃分為 ：控制模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊、人機交互模塊及電源電路五大部分，如圖 1步進電機控制驅(qū)動系統(tǒng)圖所示。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。其 中采用 AT89C51單片機作為控制模塊的核心，利用單片機編程實現(xiàn)了對步進電機啟動停止、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、加速減速等功能的基本控制。單片機的普及與應(yīng)用，為步進電機的應(yīng)用開辟了廣闊的前景，使得以往用硬件電路構(gòu)成的龐大復(fù)雜的控制器得以用軟件實現(xiàn)，將會避免復(fù)雜電路的設(shè)設(shè)計，既降低了硬件成本又提高了控制的靈活性、可靠性及多功能性。 基于 AT89C51單片機的步進電機控制及驅(qū)動電路設(shè)計 引言 國內(nèi)控制器的研究起步較晚，運動控制技術(shù)為一門多學(xué)科交叉的技術(shù)，是一個以自動控制理論和現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，包括許多不同學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域。 傳統(tǒng)上由純電路設(shè)計的步進電機控制和驅(qū)動電路一般 較復(fù)雜，成本又高，而且一旦成型就難于修改，可移植性差，難以適應(yīng)一些智能化要求較高的場合。該系統(tǒng)可分為：控制模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊、人機交互模塊四大部分。 目錄 1 設(shè)計原理及方案 ............................................... 4 設(shè)計原理 ........................................ 4 設(shè)計方案 ........................................ 4 方案一 ................................................ 5 方案二 ................................................ 6 方案比較及選擇 ......................................... 7 2 設(shè)計實現(xiàn) ..................................................... 8 主要元器件介紹 .......................................... 8 四相六線步進電機的介紹 .................................. 8 AT89C51 單片機芯片介紹 ................................. 10 ULN2020 芯片介紹 ....................................... 11 LED 七段數(shù)碼管介紹 ..................................... 11 步進電機控制及驅(qū)動系統(tǒng)電路設(shè)計 實現(xiàn) .................. 12 硬件設(shè)計 ............................................. 12 軟件設(shè)計 ............................................. 15 3 電路調(diào)試 .................................................... 16 軟件的仿真 ............................................. 16 硬件電路的調(diào)試 ......................................... 17 4 數(shù)據(jù)分析及總結(jié) ............................................. 18 測試數(shù)據(jù)及說明 ......................................... 18 總結(jié) .................................................... 19 參考文獻 ...................................................... 20 附錄 ........................................................... 21 1 設(shè)計原理及方案 設(shè)計原理 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。步進電機必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。 根據(jù)步進電機的特點，步進電機的控制及驅(qū)動電路系統(tǒng)的設(shè)計可以有不同的方案。 整個系統(tǒng)分為五個部分組成 :FPGA 系統(tǒng)中央控制器、驅(qū)動電路及步進電機、光電編碼器、鍵盤輸入液晶顯示部分、以及電源電路組成，如圖 2 所示。以上過程中的多個變量、參數(shù)可以在液晶顯示屏上得到直觀地反映。 （ 2） 驅(qū)動模塊電路結(jié)構(gòu)設(shè)計需要脈沖信號、信號分配、功率放大三部分組成。 （ 3）顯示模塊 采用液晶顯示器。該方案程序復(fù)雜，但在同樣多的 I/O 口線條件下，行列式鍵盤能帶更多的按鍵，查詢工作方式也不用另接門電路。本設(shè)計方案采用 AT89C51 單片機作為控制模塊的核心，利用軟件編程使單片機輸出 脈沖序列和方向控制信號，以此實現(xiàn)對步進電機啟動停止、正反轉(zhuǎn)、加減速的控制。 圖 3 基于 AT89C51 單片機的步進電機控制及驅(qū)動系統(tǒng)圖 （ 1） 控制模塊 采用 AT89C51 單片機作為系統(tǒng)控制的核心。還可通過軟件編程實現(xiàn)對步進 電機的位置、速度預(yù)設(shè)及顯示。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是達林頓的，專門用來驅(qū)動繼電器的芯片，甚至在芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。ULN2020 芯片自身功耗小、 驅(qū)動能力強、可靠穩(wěn)定、體積小、使用方便、價格不高、50V/ 以下的電路均可使用。 （ 4）人機交互模塊 采用獨立式按鍵。 采用獨立式按鍵，中斷工作方式。 方案二 :采用 AT89C51 單片機作為系統(tǒng)控制的