關(guān)鍵詞：單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；失步
步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)過程控制及儀表中主要執(zhí)行元件之一。其特點(diǎn)是：快速啟停能力強(qiáng)，精度高，轉(zhuǎn)速容
易控制；但步進(jìn)電機(jī)在實(shí)際變速過程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生停轉(zhuǎn)現(xiàn)象。其原因主要是由于其本身的響應(yīng)速度跟不
上控制速度，即通常所說的“失步”；在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，解決失步的方法很多，但大部分方法占用了
單片機(jī)較多時(shí)間，且軟件也比較復(fù)雜。本文提出的控制方法可以大幅度減少單片機(jī)的時(shí)間，軟件也較為簡
單，可廣泛應(yīng)用于各種步進(jìn)電機(jī)的變速運(yùn)行。
一、基本原理
步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行一般要經(jīng)過升頻，恒速，降頻等過程，設(shè)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的控制過程如圖1所示，
從圖 1 可以看出，L2段為恒速運(yùn)行，L1 段為升頻，L3段為降頻，按照“失步”的定義， 如果在 L1 及 L3 段上升及下降的控制頻率變化大于步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)頻率變化，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)失步，失步會(huì)導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)，經(jīng)常會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，因此，在步進(jìn)電機(jī)變速運(yùn)行中，正確的選擇控制頻率是十分重要的，由于各種型號(hào)步進(jìn)電機(jī)頻率響應(yīng)不同，因此需選擇不同的控制頻率，為方便起見，一般選擇控制頻率為均勻的變化，既變化值是一恒定值，相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)也是均勻上升或下降，基于目前市場有成品的環(huán)形脈沖分配器出售，因此不考慮步進(jìn)電機(jī)的時(shí)序問題，可以簡單認(rèn)為，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速僅與控制脈沖的頻率有關(guān)，改變了脈沖頻率，就改變了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，步進(jìn)電機(jī)控制電路的方框圖，如圖 2 示。
主要由8031單片機(jī)、脈沖發(fā)生器、脈沖分配器及驅(qū)動(dòng)電路組成，增加一個(gè)數(shù)控脈沖發(fā)生器，8031單片機(jī)只要給出控制數(shù)據(jù)，脈沖發(fā)生器就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一組相應(yīng)頻率的脈沖，該脈沖經(jīng)過環(huán)形分配器后，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路，直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；可以看出在恒速運(yùn)行中，由于控制數(shù)據(jù)是定值，并一次輸入即可，不需要改變控制數(shù)據(jù)，因此，基本上不占用 8031 時(shí)間，在變速運(yùn)行中， CPU只要定時(shí)改變控制數(shù)據(jù)、改變脈沖發(fā)生器輸出脈沖的頻率，也同樣不需要占用 CPU 過多時(shí)間；定時(shí)改變控制數(shù)據(jù)的方法是，將 ,8031中的 T1 設(shè)為定時(shí)中斷方式，在變速運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)中斷，即每隔一中斷時(shí)間將自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，根據(jù)不同型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)改變控制頻率的變化，只要控制頻率的變化小于步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)頻率變化，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就跟隨控制頻率變化，而不產(chǎn)生失步，每改變一次控制頻率，中斷服務(wù)程序?qū)⒆詣?dòng)與預(yù)期值進(jìn)行比較，如果沒有到預(yù)期值，則保存已改變的當(dāng)前脈沖數(shù)據(jù)，如果到了預(yù)期值，則關(guān)斷定時(shí)中斷，將當(dāng)前數(shù)據(jù)變?yōu)轭A(yù)期值；可以看出，采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是基本不占用 CPU 時(shí)間， CPU 的大部分時(shí)間可以做其它工作，其次由于中斷服務(wù)程序中改變的控制頻率是固定值，因此程序比較簡單，對(duì)各種型號(hào)步進(jìn)電機(jī)來說，改動(dòng)也很方便。
二、軟件實(shí)現(xiàn)方法
控制軟件流程圖，如圖3示。在主程序中，首先要將 T1設(shè)為定時(shí)中斷，并判定是否需要改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，如果不需要 CPU 可以執(zhí)行其它程序，也可返回；如果需要，則首先輸入轉(zhuǎn)速需達(dá)到的預(yù)期值，并啟動(dòng) T1 定時(shí)中斷，在中斷服務(wù)程序中，首先是保護(hù)現(xiàn)場，然后將目前步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的頻率增加或減少一固定值，并與預(yù)期值進(jìn)行比較。如果沒有到預(yù)期值，則將增加或減少后的數(shù)據(jù)做為當(dāng)前值保存并輸出給脈沖發(fā)生器，最后恢復(fù)現(xiàn)場返回；如果到了或超過了預(yù)期值，則將當(dāng)前值改寫為預(yù)期值并輸出給脈沖發(fā)生器，最后關(guān)閉中斷，恢復(fù)現(xiàn)場返回。
如果設(shè)定步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為 75BF004 型，需要從停止?fàn)顟B(tài)變速運(yùn)行到 1000r/min ，并保證不失步， T1 中斷時(shí)間應(yīng)設(shè)為10ms ， 每次執(zhí)行中斷服務(wù)程序增加頻率應(yīng)為 20r/min，如果將8031的 p1、p3 輸出作為脈沖發(fā)生器的控制口。則程序清單為：
2.1主程序
ORG 0000H
LJMP STA
ORG 001BH
LJMP INT1
STA: MOV R1, #60H
MOV A, #01H
MOV RO,#05H
STA1：MOV @ R0，A
INC R0
DJNZ R1,STA1;初始化
MOV TMO, #11H
SETB ET1
SETB EA
JB 00H,QT;斷定是否需要變速
MOV 28H,#0E8H
MOV 29H,#03H;送預(yù)期值，1000r/min
MOV 2AH，#00H
MOV 2BH，#00H；將當(dāng)前值置零
MOV TL1，#078H
MOV TL1，#0ECH；設(shè)定T1中數(shù)年時(shí)間10ms
SETB TR1;啟動(dòng)T1
QT： LJMP STA1
2．2 中斷服務(wù)程序
INT1：MOV TL1，#078H
MOV TH1，#0ECH
PUSH PSW
MOV PSW，#10H
PUSH PSW
PUSH DPH
PUSH DPL；保護(hù)現(xiàn)場
MOV R0，28H
MOV R1，29H；讀預(yù)期值
MOV R2，2AH
MOV R3，2BH；讀當(dāng)前值
CLR C
MOV A，R2
ADD A，#14H；增加20r/min
MOV R2,A
MOV A,R3
ADDC A,#00H
MOV R3,A
CLR C
MOV A,R2
SUBB A,R0
MOV A,R3
SUBB A,R1
JC DL;判定是否到預(yù)期植
MOV R2，28H
MOV R3，29H
CLR TR1；到預(yù)期值，關(guān)中斷
SJMP DL1
DL： MOVA，R2
MOV P1，A
MOV A，R3
MOV P3，A；輸出給脈沖發(fā)生器
POP DPL
POP DPH
POP ACC
POP PSW；恢復(fù)現(xiàn)場
RET1
三、結(jié)束語
該方法的特點(diǎn)是簡單、可靠，已成功用于汽車車速表校驗(yàn)儀、汽車組合儀表綜合校驗(yàn)儀等許多場合，得到了較好的效果，解決了目前遇到的步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)等問題，還可以廣泛應(yīng)用于其它領(lǐng)域，會(huì)產(chǎn)生更好的效果。
（轉(zhuǎn)載）
