电工优优今天要和大家分享的单片机步进电机应用设计原理图讲解相关信息，接下来我将从单片机步进电机实验报告,单片机驱动步进电机,51单片机步进电机这几个方面来介绍。
单片机步进电机应用设计原理图讲解
针对电磁干扰较强以及要求低成本应用的场合，采用超强抗干扰、小巧低功耗的工业级STC12C系列单片机，充分利用单片机内部的硬件资源，设计实用的步进电机控制和驱动系统。
1 控制系统总体方案设计
系统功能原理示意图如图1所示。
图1 低功耗单片机的步进电机系统功能原理示意图
在该系统中由单片机直接输出电机的各相控制脉冲序列，光耦进行必要的光电隔离，采用分立元件构成功率.MOSFET管驱动电路，带动电机转动。键盘接口与 LED显示功能由具有SPI串行接口功能的ZLG7289实现。既可使用按键输入的方式精确设置电机的工作方式与转速，也可以通过调速旋钮实现电机转速的连续调节，还能通过上位机实现对电机工作方式的调整与控制。
2 硬件电路设计
2.1 控制电路设计
控制芯片采用STC12C4052AD，它是1个时钟/机器周期的单片机，速度比普通的8051单片机快8～12倍，有20个引脚且为小巧封装。该单片机具有超强抗干扰，抗静电的特点，能轻松通过4 kV快速脉冲干扰，其功耗超低，正常工作模式下的典型功耗为2.7～7 mA。芯片自带硬件看门狗，具有高速SPI通信端口，8通道8位A/D转换，2路PWM输出，4 KB容量的FLASH存储器，256 B容量的SRAM，4个定时器，1个全双工串行通信口。由于单片机内部的资源丰富，性价比高，能够满足该设计的要求，而且减少了硬件电路的设计，提高了工作效率。单片机的外部引脚定义，及其在该设计中的资源分布如图2所示。
图2 STC12C4052AD单片机外部引脚分布图
P1.4(ADC4)口外接4.7 kΩ的可调电位器，利用单片机内部的模/数转换功能转换成数字量，进而控制输出脉冲频率，完成步进电机速度的“连续”调节。过流检测的结果直接引入到外部中断0，实现对电流的快速控制。
2.2 驱动电路设计
功率MOSFET管的部分驱动电路如图3所示。该电路的设计可改进功率MOSFET管的快速开通时间，提高了驱动电流的前后沿陡度，能够改善高频响应。功率MOSFET管栅源间的阻抗很高，工作于开关状态下漏源间电压的突变会通过极间电容耦合到栅极，产生相当幅度的VGS脉冲电压。正方向的VGS脉冲电压可能会导致器件的误导通。为此，需要适当降低栅极驱动电路的阻抗，在栅源之间并接阻尼电阻或接一个稳压值小于20 V，而又接近20 V的齐纳二极管，以防止栅源开路工作。
图3 由分立元件构成的功率MOSFET管驱动电路
为了抑制功率管内的快恢复，二极管出现反向恢复效应，在电路中接入4只快恢复二极管。其中，反并联快恢复二极管的作用是为电机相绕组提供续流通路，其余2 只是为了使功率MOSFET管内部的快恢复二极管不流过反向电流，以保证功率MOSFET管在动态工作时能起到正常的开关的作用。
2.3 显示与按键处理电路
在单片机应用系统中，典型的键盘显示接口电路由基于并行扩展技术的8155，8279构成控制电路。现代单片机应用系统广泛采用串行扩展技术。相对于并行方式，串行扩展接线灵活，占用单片机资源少。
ZLG7289A是具有SPI串行接口功能的可同时驱动8位数码管或64只独立LED的智能显示驱动芯片，单片即可完成显示、键盘接口的全部功能。采用串行方式与微处理器通信，数据从DIO引脚送入芯片，并由CLK端同步。当选信号变为低电平后，DIO引脚上的数据在CLK引脚的上升沿被写入 ZLG7289A的缓冲寄存器。图4是ZLG7289的典型应用。ZLG7289A连接共阴式数码管，应用中不需要的数码管与键盘可以不连接，省去数码管或对数码管设置消隐属性，这均不会影响键盘的使用。整个电路无需添加锁存器和驱动器，耗电少，软件设计中无需编写显示译码程序，省去了静态显示扩展芯片，大大节省了CPU的时间。该电路设计中仅采用4×4键盘和4位数码管，已完全满足设计需要。
图4 ZLG7289A应用电路
3 软件设计
软件部分采用模块化结构设计。对步进电机转速的控制是通过定时器工作在中断方式实现的。定时器定时中断产生周期性脉冲序列，不是采用软件延时的方式，这样不占用CPU的时间。CPU在非中断时间内可以处理其他事件，只有在中断发生时才驱动步进电机转动一步。根据步进电机励磁状态转换，采用查表法求出所需的输出状态，并以二进制码的形式依次存入单片机内部的存储器中;然后按照正向或反向顺序依次取出地址的状态字，送给STC12C4052AD，输出各励磁状态，从而实现环形分配器的功能。
程序总体框架包括：主程序、过流检测中断服务子程序、定时器中断服务子程序、以及其他子程序(包括正转、反转子程序、键盘显示控制子程序、A/D转换子程序等)，由于篇幅限制，在此不一一叙述。
4 系统测试
该系统采用超强抗干扰，小巧低功耗的工业级STC12C4052AD单片机为控制核心，工作可靠性高，抗于扰能力强。系统测试在专门的检测实验室内进行。利用群脉冲发生器(EFT-4001)、周波电压跌落发生器(VDG-1105)、静电放电发生器(ESD-20)以及雷击浪涌发生器(SG-5006) 等专用仪器对系统的电压变化抗扰度、快速瞬变脉冲群抗扰度、抗静电和雷击浪涌等参数进行检测。经过实验，系统功能正常，所有参数均已达标。
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