【文章內容簡介】 eve the desired objectives. The whole system is simple in structure with characteristics of high reliability, low cost and practicality which has a higher universal characteristic and the promotional and applied value.Key words: AT89C51MCU；L297；L298； stepping motor1 緒論在電氣時代的今天，電動機一直在現代化的生產和生活中起著十分重要的作用。步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構， 其原理是通過對它每相線圈中的電流和順序切換來使電機作步進式旋轉。步進電動機的突出優(yōu)點是它可以在寬廣的頻率范圍內，可以利用改變脈沖頻率來實現調速，快速起停、正反轉控制及制動等，并且由其組成的開環(huán)系統簡單、廉價、可靠，因此在眾多領域有著極其廣泛的應用。步進電機是一種將電脈沖信號轉換成相應角位移的控制電機。目前，數字技術、計算機技術和永磁材料的迅速發(fā)展，推動了步進電機的發(fā)展。本設計針對目前各個領域對自動化的需要，采用AT89C51單片機與L297，L298驅動芯片驅動多臺步進電機同時獨立工作，將它應用于各種復雜的控制領域，能使許多半自動控制的系統完全成為真正的全自動，特別是用在機器人等領域，能極大的提高生產力和降低勞動強度。由于步進電機具有快速啟動、精確步進和定位等特點，因而在數控機床，繪圖儀，打印機以及光學儀器中得到廣泛的應用。設計要求 本設計主要研究單片機控制步進電機，對步進電機的轉速、轉向進行控制和顯示。該系統的主要技術參數（1） 系統供電電源：電壓：12V、5V；額定電流：。（2） 驅動電源輸出：四相把牌方式。該系統要實現的主要功能：（1）能實現步進電機的正轉、反轉控制。（2）能實現步進電機的轉速控制。2 設計方案 步進電機的步進原理步進電機是一種用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉換成相應的角位移或線位移的控制電動機。說通俗點，就是給一個電脈沖，步進電動機就轉動一個角度或者前進一步，因此，步進電機也稱脈沖電動機。步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。步進電機是數字控制電機，它將脈沖信號轉變成角位移，因此非常適合于單片機控制。步進電機的角位移或線位移量與電脈沖個數成正比，它的轉速或線速度與電脈沖頻率成正比。在負載能力范圍內這些關系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化。通過改變脈沖頻率的高低可以在很大范圍內實現步進電機的調速，并能進行快速啟動、制動和反轉。步進電機可分為反應式步進電機（簡稱VR）、永磁式步進電機（簡稱PM）和混合式步進電機（簡稱HB）。步進電機步進電機的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由單片機產生。其基本原理作用如下：(1)控制換相順序通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為ABC－D，通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A，B，C，D相的通斷。(2)控制步進電機的轉向如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉，如果按反序通電換相，則電機就反轉。(3)控制步進電機的速度如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。調整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調速。 系統設計思路 圖 方案論證由于本系統是基于單片機的步進電機系統，實際上是設計步進電機的驅動電路，而設計電機的驅動電路有一個必須遵循的原則：先選擇步進電機后進行驅動電路的設計。方案一：使用分立元件驅動步進電機以往步進電機控制系統采用分立元件或者集成電路組成，不僅調試安裝復雜，要消耗大量元器件，而一旦成型后，要改變控制方案就得重新設計電路。，所以不采取該方案。方案二：使用CH250芯片驅動步進電機在這種形式里，脈沖分配器（CH250），驅動電路由硬件完成。單片機只提供步進脈沖和正，反轉控制信號，步進脈沖的產生與停止，步進脈沖的頻率和個數都可用軟件控制。但相比于用軟件代替脈沖分配器的方式來說，硬件一旦確定下來，不易更改，更主要的是此種芯片已經在市面上買不到了，所以不采取該方案。方案三：使用L29L297為H橋驅動芯片L297芯片是具有20個引腳的雙列直插式塑膠封裝的步進電動機控制器(包括集成的硬件環(huán)形分配器)。它可產生四相驅動信號，能用半步(八拍)和全步(四拍)等方式驅動單片機控制兩相雙極或四相單極步進電機。該芯片內部的PWM斬波器允許在關模式下控制步進電動機繞組電流，由于相序信號也是由內部產生的，因此它只需要時鐘、方向和模式輸入信號便能控制步進電動機，可減輕微處理器和程序設計的負擔。L297單片步進電動機控制器集成電路的核心是脈沖分配器，L297還設有兩個PWM斬波器來控制線繞組電流，實現恒流斬波控制，以獲得良好的轉矩—頻率特性。 L298是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片。內含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298芯片驅動電機，該芯片可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，可以直接通過電源來調節(jié)輸出電壓；并可以直接用單片機的I/O口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便，所以采取該方案。 綜上所述，選擇方案三。 3 硬件方案 AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51 提供以下標準功能：4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有