摘要： 加工异形件时最主要的工作就是对步进电机的控制，我们在加工异形件时选用AT89C51单片机对步进电机进行控制。在实验中单片机主要控制换相顺序、步进电机的速度及步进电机的位置。本文通过介绍在异形件加工过程中使用步进电机带动执行机构运行，设计出异形件加工时的硬件驱动和软件驱动，保证加工异形件是的质量和效率。在实际应用中，该系统运行稳定、可靠，设计简单实用。
关键词： 步进电机；速度；单片机；位置控制
中图分类号：TM383.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）33-0046-02
0 引言
加工异形件时最主要的工作是对步进电机的控制，我们在加工异形件时选用AT89C51单片机对步进电机进行控制。在实验中单片机主要控制换相顺序、步进电机的速度及步进电机的位置。本文中设计应用的是MOS管IRF530和单片机AT89S52以此促成步进电机的驱动控制器，既能设计成驱动两相又能设计成驱动多相步进电机，并且驱动电压的范围相对较大，适用于多种多样的中小型功率步进电机。由于采用的电子元器件都是我们常用的器件，所以整个驱动控制器的价格都对比较低。
1 步进电机的基本原理
由于步进电机有很多种分类方法，因此我们可以按运动的方式分为两类，即旋转式和直线式等；从励磁相数不难看出，主要有两相、三相、四相、五相、六相等；按照力矩产生的原理，主要有变磁阻式（VR）、永磁式（PM）和混合式（HB）等。
当电机中的绕组通电后，其电子磁极所产生的磁场，将转子吸合到相应的磁极处，就会改变绕组通电方式，也会使定子上磁场发生一定的变化，而转子在磁场力所产生的转动力矩也会旋转到相应的位置。我们在改变绕组通电顺序后，就会控制电机的正反转，以此改变绕组通电脉冲频率后的电机转速，通电脉冲频率就会变得越来越高，转速也会增高。步进电机的一个重要技术参数就是其步距角，而步距角指的就是步进电机每次换相时转过的角度，公式如下：
2 驱动原理的总体描述
步进电机的电驱动是通过对电机的励磁绕组电流而进行的控制，从而带动转子转速来实现步距角旋转时候磁场的变化、当两相相邻的绕组同时通过大小不同的电流时，就会使各相所产生的转矩之和为零的位置就会成为新的平衡位置，从而实现细分。图3所示的是步进电机细分驱动的原理。
如果将与A相同电时的磁场方向定义为起始位“O”，那么从A相通电就会变为与B相通电磁场的方向旋转90°，这是步进电机整步运行情况如果A相、B相同时通电且通电电流相通，就会合成矢量方向为图3中位置2所示方向。步进电机的运行就会取决于电机内部定子绕组所产生的磁场，而磁场的大小又取决于绕组中电流的大小，步进电机的定子绕组在直流电压的驱动下，可以拟定为阻性负载，所以我们可采用调整加载在定子绕组两端的直流电压来控制定子绕组中的电流，从而实现步进电机按细分后的步距角转动。
3 异形件加工硬件驱动设计
PT100通过对本设计所需资源的分析，选用ATMEL公司的8位单片机AT89C51作为主控芯片。AT89C51是一带有ZKBnash可编程、可擦除只读存储器（EEPROM）的低压、高性能8位COMS微型计算机。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造，并和工业标准MCS-51指令集和引脚结构兼容。使AT89C51成为强劲的微型计算机。它为许多嵌入式控制应用提供了高度灵活和低成本的解决方法。
步进电机的工作电路图我们从图4可以看出。整个系统起初拟定的是采用一个USB电源供电，实际使用电路时发现仅使用这个电源只能驱动一个电机工作，其他部分均因为电流不足而无法工作，故又增加一个电源，对ULN2003和电机单独采用9V干电池供电，改进之后发现各部分均能正常工作。唯一欠缺的是，单片机与驱动芯片之间没加光电隔离以防干扰，不过这也是考虑本系统的被控制对象较单一（只有两个电机和一个四门数码管）的缘故。
4 异形件加工软件驱动设计
我们用单片相机实现步进电机变加速度的控制，实际上就是为了能够更好地控制脉冲频率，就会在升速时使脉冲频率增加，反之减速时就会降低脉冲频率。我们一般所采用的软件延时法和定时器法来确定脉冲的周期：软件延时法只要是指依靠延时程序来改变脉冲输出的频率，其中延时的长短是动态的，软件法在电机控制中，占用了大量的CPU时间，造成单片机无法同时进行其他的工作；定时器法主要就是利用的单片机内部的定时器来实现进入定时中断后，改变定时常数的，在升速时使脉冲频率逐渐增加，减速时使脉冲频率逐渐缩小，该方法并不占用CPU的运行时间。
为了减少每级计算装在定时器值的时间，将电机的每一级速度下所运行的时间转换为相应的步数，存储在一个数组中，固化在系统的EPROM中，在需要时直接查表即可。当减至零时表示恒速过程完毕，开始转入减速运行。减速运行步数与升速总步数相同，只是按相反的顺序进行即可。步进电机加减速速度控制算法流程图如图5所示。
5 结论
在加工异形件时采用上述的硬件驱动设计和软件驱动设计，可以在编写程序将加速总步数、恒速总步数与减速总步数求出，放入地址单元中待用，不同型号的异形件，在加工时随时调用单元中的数据，确保加工不同异形件时采用不同速度以提高生产效率，这样可以大大提高异形件的加工效率。采用单片机对步进电机的位置控制程序，可以使加工异形件时大大减少废品率，提高异形件的加工质量。
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