[发明专利]单片机精确控制步进电机系统

说明书

本发明涉及用于控制步进电动机的装置，特别是单片机对步进电机位置或方向的控制技术。

步进电机是一种特殊的电动机，是以脉冲方式工作的。线圈中每输入一个脉冲，转子就旋转一个固定角度，即步距角。如果用传动系统，将步进电机输出的旋转运动变成直线运动，那么转过一个步距角相应于沿直线运动了一段固定的距离。由于步进电机具有精度高，惯性小，工作可靠，且能实现高精度快速开环和闭环控制，可以在各种自动控制系统和计算机模拟通道中获得广泛的应用。

近年来，随着MCS-96系列单片机的诞生，尤其是8098单片机及其开发系统的出现，为步进电机控制系统提供了理想的机种，已经有四相4拍8个触发事件的步进电机驱动程序的简要介绍，其中仅用一次中断申请，为此步进电机移动直线距离或转角精度不够。加之程序中不涉及行进距离的输入、计算及行进方向的设定等问题，且只能用于特定型号的步进电机。

本发明的目的，是提供一种可以精确控制步进电机作直线移动和转动角度的控制系统。

本发明的目的是这样实现的：单片机经光电隔离接口，再经功放电源，接步进电机，步进电机经齿轮传动带动工作物体；在单片机内有：行进距离设定、行进方向设定、锁定/工作方式设定。其中，单片机是以5相10拍的数字信号的输出来驱动步进电机的控制系统。

由于采用光电隔离接口，大大提高了系统抗干扰的能力，隔断了工作物体所在现场中可能产生的干扰性高压，确保了单片机等弱电系统不受损坏。功放电源的接入，解决了步进电机所需特定输入功率问题。步进电机经齿轮传动带动工作物体，既可变步进电机的转动为工作物体的直线运动，又可平稳无滑动地驱动工作物体移动。单片机内置有的行进距离设定程序，其运行可保证工作物体精确移动到特定工作位置后正常停止。行进方向设定程序的存在使得用户可预先设定工作物体移动方向，从而实现工作物体的双向精确移动。锁定/工作方式的设定，使得工作物体能工作在两种状态，即：工作状态：此时工作物体在步进电机驱动下正常移动；锁定状态：此时步进电机在单片机控制下呈″抱闸″状态，从而保证了工作物体一直处于静止的正常位置。由于使用了5相10拍的数字信号来驱动步进电机，使得在同等条件下对直线位移或转角的控制精度有较大的提高。

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是本发明系统框图；

图2是步进电机控制系统主程序框图；

图3是步进电机控制系统高速输出中断服务程序框图；

图4是步进电机控制系统高速输出按内存寻址存储器的装载子程序框图；

图5是步进电机经齿轮传动移动工作物体结构图；图中：1、真空室；2、天线；3、真空室；4、步进电机；5、减速齿轮；6、滚珠丝杠；7、支承。

本发明系统框图，如附图1所示：其构成是单片机经光电隔离接口，再经功放电源，接步进电机，步进电机经齿轮传动带动工作物体。在单片机内有：行进距离设定；行进方向设定；(锁定/工作)方式设定。本发明系统单片机内的软件：

1.单片机的7、8、9、10、5脚经光电隔离后分别接功放电路入口的A、B、C、D、E相，各相有效时序为：

a).正转AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB

b).反转AB-EAB-EA-DEA-DE-CDE-CD-BCD-BC-ABC

2.高速输出各引脚状态见表1、表2。

表1、表2中，给时间间隔以不同值，就得到不同的正反转速度，且间隔时间越大，步进电机转速越低。正转时，正转状态见表1。