原标题：步进电机的控制原理及其单片机控制实现

步进电机是一种将电脉冲信号转换为相应角位移或线位移的电动机，其控制原理及单片机控制实现方式如下：

一、步进电机的控制原理

步进电机两个相邻磁极之间的夹角通常为60°，线圈绕过相对的两个磁极，构成一相（如A-A’、B-B’、C-C’）。磁极上有均匀分布的矩形小齿，而转子上没有绕组，但有均匀分布的小齿，且相邻两个齿之间的夹角固定（如9°）。步进电机的控制原理主要基于以下方面：

• 工作原理：步进电机基于最基本的电磁铁原理，是一种可以自由回转的电磁铁，其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。当某组绕组通电时，相应的两个磁极就分别形成N-S极，产生磁场，并与转子形成磁路。如果这时定子的小齿与转子没有对齐，则在磁场的作用下转子将转动一定的角度，使转子齿与定子齿对齐，从而使步进电机向前“走”一步。

• 控制方式：步进电机的转动角度大小与施加的脉冲数成正比，转动的速度与脉冲频率成正比，而转动方向则与脉冲的顺序有关。通过按顺序给绕组施加有序的脉冲电流，就可以控制电机的转动，从而实现数字角度的转换。

• 步进角：步进电机旋转的步距角是根据电机结构通过比例控制产生的。如果控制电路的细分控制不变，那么步进器旋转的步距角理论上是固定角度。实际工作中，电机旋转的步距角会略有不同，这主要是由于电机结构上的固定误差造成的，而且这种误差不会累积。

以三相步进电机为例，电流脉冲的施加方式主要有：

• 单相三拍方式：按单相绕组施加电流脉冲，每一拍步进角为3°。

• 双相三拍方式：按双相绕组施加电流脉冲。

• 三相六拍方式：单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲，步进角为1.5°。三相六拍下，步进电机的运行反转平稳柔和，但在同样的运行角度与速度下，三相六拍驱动脉冲的频率需提高一倍，对驱动开关管的开关特性要求较高。

二、步进电机的单片机控制实现

步进电机无法直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电机驱动器）。随着微电子和计算机技术的发展，软硬件结合的控制方式成为了主流，即通过程序产生控制脉冲，驱动硬件电路。单片机通过软件来控制步进电机，可以更好地挖掘电机的潜力。单片机控制步进电机的实现方式主要包括以下步骤：

• 设计电路：主要元件包括与门、驱动芯片（如ULN2003A，用于放大电压以驱动电机）、单片机（如AT89C52）和步进电机。

• 编写程序：通过编程方法，在一定范围内自由设定步进电机的转速、往返转动的角度以及转动次数等。同时，还可以方便灵活地控制步进电机的运行状态，以满足不同用户的要求。

单片机控制步进电机的程序示例（以三相六拍控制为例）如下：

c复制代码

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char



int state=0; //定义电机的状态：state = 1 正转，state = -1 反转，state = 0 停止

uint time=50; //定义延时时间

int step[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}; //每一步的通电顺序



sbit drive=P3^5; //控制开关量

sbit stop=P3^6;

sbit re_drive=P3^7;

sbit add=P3^1;

sbit reduce=P3^0;



//延时程序，x*10ms

void Delay_xms(uint x) {

uint i,j;

for(i=0;i<x;i++)

for(j=0;j<112;j++); //10ms

}



//反转

void Move_reverse(uint time) {

uint i;

for(i=0;i<8;i++) {

P2=step[i];

Delay_xms(time);

}

}



//正转

void Move(uint time) {

uint i;

for(i=7;i>=0;i--) {

P2=step[i];

Delay_xms(time);

}

}



//定义外部中断INT0的中断函数，开关量变化时做出反应

void ChangeState() interrupt 0 {

if(!drive) {state=1; drive=1;}

if(!stop) {state=0; stop=1;}

if(!re_drive) {state=-1; re_drive=1;}

if(!add) {time-=10; add=1; if(time<=10) time=10;}

if(!reduce) {time+=10; reduce=1; if(time>=100) time=100;}

}



void main() {

EA=1; //CPU中断允许位

EX0=1; //外部中断0允许位

IT0=1; //定义下降沿触发



while(1) {

switch(state) {

case 1: Move(time); break;

case 0: Delay_xms(10); break;

case -1: Move_reverse(time); break;

}

}

}

在这个程序中，通过控制P2口的输出以及延时函数，实现了对步进电机的三相六拍控制。同时，通过外部中断INT0来检测控制开关量的变化，从而改变电机的运行状态。

综上所述，步进电机的控制原理主要基于电磁铁原理和脉冲控制，而单片机则通过软硬件结合的方式实现了对步进电机的精确控制。