2.西北电力设计院 陕西西安 710075）
摘要：单片机的步进电机控制系统的科学高效设计，就需要我们立足于单片机的技术优势，在相关科学原则的指导下，从硬件选择与内部电路设计等多个方面进行有效的安排，通过硬件与软件的结合，最大程度的提升步进电机控制系统的使用效果，满足社会经济发展对步进电机的使用要求。
关键词：单片机；步进电机；控制系统；
一、单片机在步进电机控制系统中应用的意义
单片机作为一种集成电路芯片，在相关技术的支持下，实现了中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、中断系统以及定时器几大子系统的高度集成。正是凭借着这种技术优势，单片机才能够与其他普通的逻辑芯片区别开来，如图一所示。
1.1能够有效的提升步进电机的整体性能
一般来说步进电机的种类有三种：反应式、永磁式、混合式。虽然三种结构能够在很大程度上满足步进电机的使用性能，但是从实际使用情况来看，三种反应原理的单独使用，使得步进电机缺乏整体性，在不同程度上影响了步进电机的工作质量，最终影响实际的使用效果。单片机则可以针对步进电机的工作环境、运动特性、控制性能以及实际用途，进行局部的优化与升级，从而在一定程度上对步进电机控制系统的整体进行补强，增强了步进电机在结构上的一体性，从而大大提升步进电机的实际使用性能，保障了工业生产的顺利实现。
1.2可大大降低步进电机的维护与保养成本，减少相关企业的资金投入
从实际情况来看，由于步进电机使用较为昂贵的材质制成，其在接受电信号脉冲以后，在长期的工作值周，运动轨迹会出现较为明显的变化。这种运动轨迹变化的出现不仅仅会影响步进电机的实际使用效果，还会给步进电机的其他结构带来一定的影响，出现裂纹和记录差错等情况，这就增加了步进电机的维护压力。为了保证步进电机的安全使用，就需要按照一定的周期，进行定期的维护与保养，从而造成人力、物力与财力的浪费。单片机则能够从结构与功能上，实现步进电机的协调，降低局部区域对电机整体的影响，最终能够有效地减少运动差错的出现，降低步进电机的维护与保养成本，减少资源的浪费。
二、单片机的步进电机控制系统中的设计应遵循的原则
2.1必须要遵循科学性的原则
单片机的步进电机控制系统的设计应用在制造工业生产实践中的实现，要充分体现科学性的原则，只有从科学的角度进行工业生产的目标，步进电机反应的原理、单片机控制流程的制定以及生产硬件与软件构成式等多个方面进行细致而全面的考量。只有这样才能够最大限度的保证单片机的步进电机控制系统的设计应用满足工业生产实践的要求，只有在科学精神、科学手段、科学理念的指导下，我们才能够以现有的技术条件为基础，进行单片机的步进电机控制系统的设计应用的科学探索与研究。
2.2必须要遵循实用性的原则
工业生产项目作为人类改造自然环境的重要社会行为，对自然环境做出了巨大的改变，经历从无到有，从小到大的过程。而这一过程的实现就需要雄厚资金的支持，从实际来看，资金的稳定供应与否能够直接影响到单片机的步进电机控制系统的设计应用的质量与水平，因而单片机的步进电机控制系统的设计应用必须要遵循实用性的原则，最大限度降低工业生产的成本投入，降低单片机的步进电机控制系统的设计应用方面的资金投入，从而将更多的资金利用于其他方面，保证我国现代化工业产业结构优化与升级的顺利进行。
三、单片机在步进电机控制系统的设计方案与应用途径
3.1对硬件系统进行优化设计
步进电机控制系统主要由单片机、驱动芯片、电源以及时钟电路等几部分组成，如图二所示。
借助于单片机内置的控制装置，通过硬件系统的合理设计，能够最大程度的提升步进机电，使得步进电机在出现失控的状况时，能够恢复正常运转，并且硬件系统的优化，能够最大程度的发挥单片机的性能优势，从而有效地简化步进电机控制系统的构成，通过减少控制系统组成元器件的方式，降低步进电机的生产成本，提升步进电机的可靠性与稳定性。
3.2单片机复位电路的优化设计
为了保证步进电机的持续稳定工作，及时发现并排除步进电机在运行过程中出现的故障，就需要我们对单片机在步进电机控制系统设计的过程中，进行复位电路的科学设计。一般来说，为了实现步进电机的持续使用，会进行复位设计，通常情况下复位信号能够通过电路途径传递到触发器之中，使得步进电机在发生故障后，能够通过复位电路实现运动模式的重启，保证步进电机能够及时排除故障，实现电机的持续稳定工作。但是这种简单的复位设计并不能完全满足步进电机复位操作的需要。而单片机在步进电机控制系统的应用，能够有效地提升复位电路的性能，提升复位电路的可控性与科学性，为复位电路的优化设计提供了技术基础，如图三所示。
单片机下的复位电路能够在步进电机出现断电之后，对步进电机电源的稳定性进行有效地检测，在这一模式下复位电路能够根据电源的实际情况，判断是否需要对复位信号进行撤销，从而能够防止电源不稳对步进电机带来不必要的伤害。
四、结束语
单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，广泛应用于数控机床、机器人，定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。步进电机是数字控制电机，将脉冲信号转换成角位移，电机的
转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，非超载状态下，根据上述线性关系，再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差，因此步进电机适用于单片机控制。
参考文献：
[1]姜培昌，卢军霞，赵庆志.基于PCI-1750数据采集卡的步进电机控制系统设计[J].山东理工大学学报（自然科学版），2014，24（01）：93-95.
[2]张永华.步进电机运动控制系统硬件部分的设计[J].装备制造技术，2014，（05）：71-72.
作者介绍：
李慧斌（1984.08.17），男，内蒙古，汉，研究生，工程师，设计员，伺服电子技术，航空工业西安飞行自动控制研究所
冯天慜（1987.02.14），女，内蒙古，汉，研究生，工程师，设计员，电力系统，西北电力设计院
论文作者:李慧斌1,冯天慜2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：步进电机论文; 单片机论文; 控制系统论文; 电路论文; 工业生产论文; 科学论文; 硬件论文; 《电力设备》2017年第34期论文;