AT89C51单片机步进电机控制电路设计+电路图+源程序(4)
步进周期 T T T
每相通电时间 T T T
走齿周期 3T 3T 6T
相电流 小 较大 最大
高频性能 差 较好 较好
转矩 小 中 大
电磁阻尼 小 较大 较大
振荡 容易 较容易 不容易
功耗 小 大 中
有上述比较可知，单双吹冰拍的工作方式高频性能较好，又能提供较大的转矩，还不容易产生振荡，是三种方式中较好的一种，本设计就采用了单双吹冰拍这种工作方式[5]。
2.6步进电机的振荡和失步
步进电机的失步和振荡是普遍存在的，在所有的步进电机上都有可能发生，并且会对系统造成不利的影响，会降低系统的稳定性和可靠性，因此应该尽量避免。
2.6.1振荡
当步进电机在低频，急停时，步进电机就会产生振荡。脉冲送达时，转子在平衡位置反复晃动，导致电机振荡，对于控制系统而言，电机的振荡会影响系统的工作性能，应该尽力避免。当步进电机工作在共振区时，步进电机也会发生振荡现象，就像人群过桥时，可能发生共振导致桥体坍塌，共振频率也是设计人员在设计电机控制系统时应该避免的工作区域[6]。
2.6.2失步
当步进电机工作在高频区域时，就容易发生失步现象，当第一个脉冲送达时，转子做出响应，摆向下一个位置，但由于脉冲频率过高，转子还未到达平衡位置时，下一个控制脉冲就已经送达了，转子本身来不及做出响应，此时，下一个脉冲到达，电机就产生了失步，系统如果发生了失步，会导致走步不准，无法实现系统的精确性，所以为了达到较高的可靠性，设计人员应该制定相应步进电机的工作频率的上下限，工作频率一旦超过上下限，都无法体现步进电机在控制方面的优越性[7]。
2.7步进电机的驱动方式
2.7.1硬件方法
步进电机控制脉冲的分配可以使用脉冲分配器来实现。硬件方法也就是设计特定的电路，藉由这些电路来实现电机的脉冲分配，不过会显得比较复杂，而且调试比较困难，会增添硬件电路的复杂性。
2.7.2软件方法
步进电机控制脉冲的发送也可以使用单片机来实现。软件方法可以便捷地调试系统的各个参数，不会像硬件方法那样，一旦设计并且做成了实物，再想修改就会有点困难了。相比于硬件电路，软件方法简化了电路，从而降低了制作成本。
由于软件方法具有灵活方便等优点，本课题使用软件方法来驱动步进电机，用单片机和硬件部分相结合的方式进行控制，拥有强大的可编程能力，也能根据具体情况的变化，通过更改软件部分来实现功能的更改，还能通过单片机的强大功能来实现电机状态的显示，设计键盘电路和复位电路[8]。
3控制电路系统硬件电路组成
在分析了课题中的主要任务后，为了实现控制系统功能，硬件由如下几个模块组成：电源模块、键盘输入模块、电机转速显示模块、电机驱动模块。
课题要求要有电机的控制电路，驱动电路，要能够实现电机的正反转及调速控制，还需要有一个能够显示电机转速的显示模块，来提升系统的可视化性能。因为单片机需要5V电源，参考了一下其他文献，在经过了各种可能性的尝试，相比较之后，决定使用7805作为稳压电源的芯片，来提供5V电源。由于5V电源已经选定，为了系统的便捷，就以5V电源作为基准，电机也选择了额定5V的28BYJ步进电机，作为本课题的执行机构。显示模块里，led灯以其简单明了的特点，被用来指示步进电机的转向，看起来直观显眼。在显示转速时，有两种方案可供选择：一种是使用多位数码管，另一种则是使用Lcd液晶显示器。在对比了两者的电路图、控制方法和编写代码后，lcd相比于数码管更胜一筹。Lcd1602可以实现两行显示，还能支持英文字符，可以用来显示电机转速的单位，相比于数码管显示单独的数字，观看起来更清楚。在单片机的控制方面，选用了独立键盘作为控制器，只需要四个按键就能完美的实现电机的各种控制，控制电路也十分简单，是一种十分高效的控制方法，用软件方法实现了去除抖动的功能，简化了硬件电路。在驱动电路模块中，由于28BYJ电机需要200mA左右的驱动电流，而单片机只能输出非常小的电流，远远不能满足电机正常地工作，所以需要添加一个驱动器。在查阅了有关驱动器的资料后，选用了ULN2003A驱动器，可以输出500mA电流，能承受50V电压，能够完美驱动28步进电机。控制核心选用AT89C51单片机，其丰富的I/O口可以完全满足本课题的设计要求，实现按键、显示频和驱动器的控制，单片机成本又低，能够实现廉价的控制系统[9]。