步進(jìn)電機是工業(yè)操控中運用非常廣泛的一種電動機，它能將數(shù)字信號直接改換成角位移或線位移，驅(qū)動速度和指令脈沖能嚴(yán)峻同步，具有較高的定位精度，操控體系本錢賤價，在經(jīng)濟型數(shù)控機床等范疇運用廣泛。這兒關(guān)于電磁攪擾較強以及懇求低本錢運用的場合，選用超強抗攪擾、細(xì)巧低功耗的工業(yè)級STC12C系列單片機，充沛運用單片機內(nèi)部的硬件本錢，方案有用的步進(jìn)電機操控和驅(qū)動體系。
1、操控體系全體方案方案
體系功用原理暗示圖如圖1所示。
在該體系中由單片機直接輸出電機的各相操控脈沖序列，光耦進(jìn)行必要的光電阻隔，選用分立元件構(gòu)成功率.MOSFET管驅(qū)動電路，股動電機翻滾。鍵盤接口與 LED顯現(xiàn)功用由具有SPI串行接口功用的ZLG7289完畢。既可運用按鍵輸入的方法準(zhǔn)確設(shè)置電機的作業(yè)方法與轉(zhuǎn)速，也能夠經(jīng)過調(diào)速旋鈕完畢電機轉(zhuǎn)速的接連調(diào)度，還能經(jīng)過上位機完畢對電機作業(yè)方法的調(diào)整與操控。
2、硬件電路方案
2.1 操控電路方案
操控芯片選用STC12C4052AD，它是1個時鐘/機器周期的單片機，速度比通常的8051單片機快8～12倍，有20個引腳且為細(xì)巧封裝。該單片機具有超強抗攪擾，抗靜電的特征，能輕松經(jīng)過4 kV活絡(luò)脈沖攪擾，其功耗超低，正常作業(yè)方法下的典型功耗為2.7～7 mA。芯片自帶硬件看門狗，具有高速SPI通訊端口，8通道8位A/D改換，2路PWM輸出，4 KB容量的FLASH存儲器，256 B容量的SRAM，4個守時器，1個全雙工串行通訊口。因為單片機內(nèi)部的本錢豐厚，性價比高，能夠滿意該方案的懇求，并且削減了硬件電路的方案，前進(jìn)了作業(yè)功率。單片機的外部引腳界說，及其在該方案中的本錢散布如圖2所示。
P1.4(ADC4)口外接4.7 kΩ的可調(diào)電位器，運用單片機內(nèi)部的模/數(shù)改換功用改換成數(shù)字量，進(jìn)而操控輸出脈沖頻率，完畢步進(jìn)電機速度的“接連”調(diào)度。過流查看的作用直接引進(jìn)到外部接連0，完畢對電流的活絡(luò)操控。
2.2 驅(qū)動電路方案
功率MOSFET管的有些驅(qū)動電路如圖3所示。該電路的方案可改進(jìn)功率MOSFET管的活絡(luò)注冊時刻，前進(jìn)了驅(qū)動電流的前后沿陡度，能夠改進(jìn)高頻照應(yīng)。功率MOSFET管柵源間的阻抗很高，作業(yè)于開關(guān)狀況下漏源間電壓的驟變會經(jīng)過極間電容耦合到柵極，發(fā)作恰當(dāng)崎嶇的VGS脈沖電壓。正方向的VGS脈沖電壓或許會致使器材的誤導(dǎo)通。為此，需求恰當(dāng)下降柵極驅(qū)動電路的阻抗，在柵源之間并接阻尼電阻或接一個穩(wěn)壓值小于20 V，而又挨近20 V的齊納二極管，以避免柵源開路作業(yè)。
為了按捺功率管內(nèi)的快康復(fù)，二極管呈現(xiàn)反向康復(fù)效應(yīng)，在電路中接入4只快康復(fù)二極管。其間，反并聯(lián)快康復(fù)二極管的作用是為電機相繞組供應(yīng)續(xù)流轉(zhuǎn)路，別的2 僅僅為了使功率MOSFET管內(nèi)部的快康復(fù)二極管不流過反向電流，以確保功率MOSFET管在動態(tài)作業(yè)時能起到正常的開關(guān)的作用。
2.3 顯現(xiàn)與按鍵處理電路
在單片機運用體系中，典型的鍵盤顯現(xiàn)接口電路由依據(jù)并行拓寬技能的8155，8279構(gòu)成操控電路。現(xiàn)代單片機運用體系廣泛選用串行拓寬技能。有關(guān)于并行方法，串行拓寬接線活絡(luò)，占用單片機本錢少。
ZLG7289A是具有SPI串行接口功用的可一起驅(qū)動8位數(shù)碼管或64只獨立LED的智能顯現(xiàn)驅(qū)動芯片，單片即可完畢顯現(xiàn)、鍵盤接口的悉數(shù)功用。選用串行方法與微處理器通訊，數(shù)據(jù)從DIO引腳送入芯片，并由CLK端同步。中選信號變?yōu)榈碗娖胶螅珼IO引腳上的數(shù)據(jù)在CLK引腳的上升沿被寫入 ZLG7289A的緩沖寄存器。圖4是ZLG7289的典型運用。ZLG7289A聯(lián)接共陰式數(shù)碼管，運用中不需求的數(shù)碼管與鍵盤能夠不聯(lián)接，省去數(shù)碼管或?qū)?shù)碼管設(shè)置消隱特征，這均不會影響鍵盤的運用。悉數(shù)電路無需添加鎖存器和驅(qū)動器，耗電少，軟件方案中無需編寫顯現(xiàn)譯碼程序，省去了靜態(tài)顯現(xiàn)拓寬芯片，大大節(jié)省了CPU的時刻。該電路方案中僅選用4×4鍵盤和4位數(shù)碼管，已徹底滿意方案需求。
3、軟件方案
軟件有些選用模塊化構(gòu)造方案。對步進(jìn)電機轉(zhuǎn)速的操控是經(jīng)過守時器作業(yè)在接連方法完畢的。守時器守時刻斷發(fā)作周期性脈沖序列，不是選用軟件延時的方法，這么不占用CPU的時刻。CPU在非接連時刻內(nèi)能夠處理別的作業(yè)，只需在接連發(fā)作時才驅(qū)動步進(jìn)電機翻滾一步。依據(jù)步進(jìn)電機勵磁狀況改換，選用查表法求出所需的輸出狀況，并以二進(jìn)制碼的方法順次存入單片機內(nèi)部的存儲器中;然后依照正向或反向次第順次取出地址的狀況字，送給STC12C4052AD，輸出各勵磁狀況，然后完畢環(huán)形分配器的功用。
程序全體構(gòu)造包含：主程序、過流查看接連效勞子程序、守時器接連效勞子程序、以及別的子程序(包含正轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)子程序、鍵盤顯現(xiàn)操控子程序、A/D改換子程序等)，因為篇幅束縛，在此不逐一敘說。
4、體系查驗
該體系選用超強抗攪擾，細(xì)巧低功耗的工業(yè)級STC12C4052AD單片機為操控基地，作業(yè)牢靠性高，抗于擾才華強。體系查驗在專門的查看試驗室內(nèi)進(jìn)行。運用群脈沖發(fā)作器(EFT-4001)、周波電壓下跌發(fā)作器(VDG-1105)、靜電放電發(fā)作器(ESD-20)以及雷擊浪涌發(fā)作器(SG-5006) 等專用儀器對體系的電壓改動抗擾度、活絡(luò)瞬變脈沖群抗擾度、抗靜電和雷擊浪涌等參數(shù)進(jìn)行查看。經(jīng)過試驗，體系功用正常，悉數(shù)參數(shù)均已合格。
5、結(jié) 語
電子技能翻開一日千里，新式單片機層出不窮。在電機操控體系開發(fā)進(jìn)程中，假定恰中挑選單片機以及各電路模塊的類型，能夠簡化方案進(jìn)程，起到事半功倍的作用。該體系選用STC12C4052AD單片機，其作業(yè)方法、翻滾速率及轉(zhuǎn)矩數(shù)能夠經(jīng)過鍵盤輸入，也可經(jīng)過通常旋鈕或上位機調(diào)度。鍵盤顯現(xiàn)模塊選用 ZLG7289完畢。本體系具有通用性，恰當(dāng)改動輸出口各位操控端，便可操控紛歧樣相數(shù)的步進(jìn)電機。
