基于MCGS的51系列单片机控制步进电机的设计

贺 敬

（内蒙古机电职业技术学院电气工程系,呼和浩特 010070）

1 引言

步进电机是实现电脉冲信号与角位移或线位移转换的开环控制电机原件。在非超负荷的情况下，电机的转速只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电机按设定的方向转过一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制输入脉冲的频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。

2 系统总体方案

本设计将系统分为上位机和下位机两部分以实现预期的控制效果。下位机部分是以89C51单片机为主要控制核心，步进电机驱动电路为外设的控制系统，通过对单片机进行编程实现电机的启停、正反转和调试。上位机监控系统使用MCGS组态软件开发，用户可以通过可视化见面对步进电机进行控制，本系统拥有操作简单，易于上手的特点。虽然MCGS本身提供了大量设备的驱动程序，但是对于特殊设备仍然没有固定的程序模块。因此，开发者可以利用MCGS提供的可扩充接口规范和开发工具包来开发自己需要的设备驱动构件。实现上位机中MCGS与单片机进行通讯。

（1）最小系统。89C51单片机最小系统，就是使单片机正常运行的最低配置：它有一系列模块组成。包括复位模块、振荡模块、电源模块。

复位模块: 当引脚9出现2个机器周期以上高电平时，单片机复位，程序从头开始运行。

振荡模块：有振荡器电路产生频率等于晶振频率，这时用的是外界晶振。也可以又外部单独输入，此时XTAL2脚接地，时钟信号由XTAL1输入。

电源系统：VCC和GND引脚，供电电压4--5.5V。

（2）步进电机驱动电路。通过ULN2803构成驱动电路，电路图如下图所示。通过单片机的P1.0～P1.3输出脉冲到ULN2803的1B～4B口，经信号放大后从1C～4C口分别输出到电机的A、B、C、D相

（3）显示电路。电机的控制可分为正反转、加速、减速。其中电机的转速又分为六个等级，为了能够反映电机的转速和运行状态，这里设计了系统的显示电路用来反映其工作状态。利用单片机的P0口来连接1602液晶显示屏。

3 软件设计

（1）上位机程序。MCGS是由昆仑通泰开发的一套基于Windows平台的、为工业过程控制和实时监测服务全中文界面组态软件系统。它本身集成了大量现场设备的驱动模块，但实际现场设备多样性，因此开发必要的专业驱动是有必要的。本文基于MCGS软件开发了上位机控制程序。（2）下位机驱动。下位机程序主要由接口驱动程序模块、步进电机驱动程序模块、显示器程序模块组成。其中步进电机驱动程序和显示器程序比较容易完成，主要完成接口驱动的开发，实现上位机与单片机之间的通讯。

4 测试结果

下位单片机与上位机之间的数据交换采用串口232实现，为了提高数据通讯的实时性，单片机接收/发送数据采用中断方式；单片机晶振频率选11.0592MH，

THl=FDH，实现9600bps波特率的传输速度，达到波特率误差率为0的目的，提高异步传输的可靠性。

5 结束语

本系统采用上下两层式结构体系，上层监控层基于MCGS组态软件平台开发，操作界面交互性好，可以直观地实现对现场运行的步进电机的远程控制。下层现场以89C51单片机为控制器实现对步进电机的启停、转向及调速的控制。由于MCGS没有提供对自主开发的单片机应用系统的设备驱动程序的支持，作者严格遵循MCGS的设备驱动程序的接口规范开发基于51单片机驱动构件，采用ModBus通讯协议实现设备之间的通讯。实际的挂接测试表明，现场控制层与MCGS之间数据交互及时可靠。

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