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统则通过软件来控制步进电机,能够更好地发挥步进电机的潜力,因此,用微型
计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势,也符合数字化的时代发展要求。
步进电机控制技术和普通电动机控制技术的不同之处是步进电机接受脉冲信号
的控制。早期的步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件,通过功率放大器
使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。
由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列,轮流与直流电源接通后,就
会在间隙中形成一种阶跃变化的旋转磁场,使转子步进式的转动,随着接通切换
频率的增高,转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数
有关,现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式
步进电机和单相式步进电机等。
步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在使用数控
机床的生产制造中,因为步进电机不需要 A/D 转换,能够直接将数字脉冲信号转
化成为角位移,所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出
转矩比较小,无法满足需要,在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。
随着步进电动机技术的发展,步进电动机已经能够单独在系统上进行使用,成为
了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动
机,在这个应用中,步进电动机可以同时完成两个工作,其一是传递转矩,其二
是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。
除了在数控机床上的应用,步进电机也应用在其他方面,比如作为自动送料机中
的马达,作为通用的软盘驱动器的马达,也可以应用在打印机和绘图仪中等等。
微电子技术的飞速发展,带动了机械加工技术的飞速发展。而在其发展过程中,
最显著的特点是机械制造将越来越密切地依赖于电子技术、检测技术、自动控制
技术、计算机技术、系统论、信息论等现代科学技术。
随着现代电子科学的不断发展与进步,电子计算机已深深介入机械制造
的各个领域,诞生了一系列机、电、计算机一体化的新产品[5]。
同时微电子技术的不断发展,数控系统也在不断地更新换代,先后经历
了电子管(1952 年)、晶体管(1959 年)、小规模集成电路(1965 年)、大规模
集成电路及小型计算机(1970 年)和微处理机或微型计算机(1974 年)等五代
数控系统。前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬接线(硬线)数控系
统,一般称为普通数控系统,简称 NC。70 年代初,随着计算机技术的发展,使
小型计算机的价格急剧下降,采用小型计算机代替专用控制计算机的第四代数控
系统,不仅在经济上更为合算,而且许多功能可用编制的专用程序来实现,将它
存储在小型计算机的存储器中,构成所谓控制软件,提高了系统的可靠性和功能
特色。这种数控系统又称为软接线(软线)数控,即计算机数控系统,简称
CNC。1974 年制成以微处理机为核心的数控系统,称为第五代微型机数控系统,
简称 MNC。
随着机电产品对负载精度要求的提高,原有的 PLC 控制系统的步进电机
已很难满足不断发展的机电产品的要求。PLC 控制系统的步进电机存在成本高,
工作方式单一和人机交互不便等缺点。为解决此问题,我们研制了一种能代替
PLC 控制系统的新的控制系统---基于单片机的步进电机控制系统。本文论述了
基于单片机的步进电机控制系统的设计方法和研制过程,包括:硬件设计、软件
设计、可靠性设计等方面。硬件电路用凌阳 16 位 SPCE061A 单片机、先进的接口
技术和大规模集成电路设计而成。软件程序用 SPCE061A 汇编语言写成。利用软
硬件结合,实现对步进电机工作状态的自动控制和精确控制。利用单片机输出的