摘要：以提升步进电机控制质量与效率为目标，结合步进电机控制系统工作原理提出基于AT89C51单片机下的步进电机控制系统设计方案，从硬件系统与软件系统出发进行具体实践。研究表明基于AT89C51单片机下的步进电机控制系统控制精度相对较高，具有良好节能作用，实现了步进电机控制系统应用价值的有效提升。
关键词：AT89C51单片机；步进电机；控制系统
引言
步进电机（stepping motor）又被称为“脉冲电动机”，是一种通过转换电脉冲信号实现控制的执行装置，在过程控制系统与仪表控制元件系统中具有广泛应用。步进电机控制系统价格低、结构相对简单，稳定性、控制性较高，因此在机械设备中具有广泛应用。对此，在单片机技术逐渐成熟，电机应用要求日渐提升的背景下，进行步进电机控制系统的优化设计，提升步进电机控制系统应用价值，已成为相关工作人员研究的重要内容，具有重要现实意义。
1步进电机控制系统工作原理
由步进电机定义可知，步进电机控制系统的工作原理主要是通过将系统结接受的电脉冲信号转换为角位移或线位移，进行开环控制。因此，在步进电机控制系统控制质量与效率与电脉冲信号的脉冲次数、频率等存在密切关联性，通过控制脉冲信号，可实现步进电机的有效控制。就传统的步进电机控制系统而言，主要是通过利用触发器控制系统脉冲从而控制步进电机的。此方法下的步进电机电能消耗量较大，系统控制电路相对复杂，整体功率较低，控制精度度不足且无法实现人机之间的有效交互[1]。因此，加强步进电机控制系统优化设计已成为相关工作人员思考的重点内容。而单片机技术的发展与应用，为步进电机控制系统设计提供了新动力。以单片机系统为步进电机系统核心控制体系，可实现信号的有效控制，强化对电机电压与电流的监测力度，提升控制质量，降低步进电机控制系统能耗。
2基于AT89C51单片机的步进电机控制系统设计
2.1系统硬件设计
基于AT89C51单片机的步进电机控制系统，主要是由单片机系统结构、按键控制电路结构、驱动电路结构与步进电机共同组成[2]。因此，在系统硬件设计过程中，可从基本结构入手，根据设计要求与技术标准，进行具体实践。
2.1.1单片机系统
单片机系统是步进电机控制系统的核心部分，通过接收与处理脉冲信号，调节脉冲发送频率，实现对步进电机运行速动的有效控制。由于AT89C51单片机性能相对较高，功耗相对较低，且可实现在线编辑，能够满足步进电机控制系统优化设计要求，故选用AT89S51单片机，配置四相五线减速步进电机进行系统布置。由于AT89S51单片机信号输出功率相对较小，无法通过独立运行满足步进电机驱动需求。因此，在系统中利用集成驱动芯片配置驱动电路，用以满足步进电机控制系统正常运行下的电压与电流需求。
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2.1.2电路触发与功率检测设计
在基于AT89C51单片机步进电机控制系统设计中，为进一步增强系统节能效果，保证控制系统运行的稳定性与精确性。需进行电路触发与功率因数检测设计。
电路触发侧重于晶闸管的有效疏导，因此在设计过程中需保证电路触发时序的精准性，提高系统脉冲输入与输出质量。由于电路触发所需电压与电流高于晶闸管运行电压与电流，故可通过配设适宜数量的三极管放大脉冲功率，实现满足晶闸管触发条件的满足，提升系统运行稳定性与可靠性。
功率因数检测侧重于步进电机电压与步进电机电流的过零点监测，是步进电机控制系统信号采集、发送体系中的重要组成部分。通过电压与电流的过零监测可实现输入电压同相位与电流信号矩形波的有效转换，并将转换后的矩形波传输送至单片机高速输入端，并经由传感器信号检测与处理后进入按键控制电路板块，通过调整控制器参数，提升控制器运行效率与质量。
2.2系统软件设计
在本次系统软件设计过程中，主要采用编程法进行系统软件设计，通过信号收集与控制、键盘显示、芯片驱动、监控显示，实现信号收集与处理、键盘扫描、信号识别判断、脉冲信号转换、脉冲分配与输出[3]。
基于AT89C51单片机的步进电机控制系通电后，系统中的单片机即进入初始化状态，从而实现系统中各功能板块的初始化处理与监测。当子程序完成初始化操作后，进入系统程序设定状态，对各寄存器的初始值进行设定。启动CPU，进入子程序执行状态，实现系统电压信号、电流信号的收集与处理，用以完成步进电机速度、方向以及运行故障的有效控制。通常情况下，步进电机运行速度与程序延时时间存在密切关联性，延长程序时间越小，电机运行速度越快，反义运行速度越慢；步进电机运行方向与电机控制系统内部各相绕组通电顺利存在密切关联性，因此在软件编程过程中，调控内部各相绕组脉冲电流，进行电机运转方向控制。在本次设计中为提升系统运行稳定性，提升其带负载能力，采用了“四相八拍”法进行绕组通电顺序控制。
在完成基于AT89C51单片机的步进电机控制系设计后，针对系统功能、系统运行稳定性、运行安全性等进行了综合分析，分析结构表明基于AT89C51单片机的步进电机控制系有效满足了本次设计要求。
结论：总而言之，基于AT89C51单片机的步进电机控制系统，在一定程度上实现了系统硬件与软件的有机结合，进一步简化了系统组织结构。实现步进电机控制系统设计成本的降低。与此同时，基于软件编程设计，提升了步进电机控制系统控制精准度，强化了系统应用的交互性与通用性。因此，基于AT89C51单片机的步进电机控制系统具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]夏斯权，郭仕豪.一种梯形运行规律的步进电机调速系统设计与实现[J].轻工机械，2017（06）：54-56+61.
[2]谢晶.单片机在医用电梯门的应用[J].科技经济导刊，2017（32）：58.
[3]杨莹.基于89C51单片机设计异步电机节能控制系统[J].科技创新与应用，2017（29）：107-108.
论文作者:江荣懿
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/11
标签：步进电机论文; 控制系统论文; 单片机论文; 系统论文; 信号论文; 脉冲论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第36期论文;