在步进电动机的单片机控制系统中，由单片机产生控制信号，控制功率驱动电路按照一 定的顺序开通或关断。单片机完成控制脉冲分配、控制步进电动机的转向和控制步进电动机 的转速等功能。下面介绍利用 MCS51 系列单片机控制步进电动机的方法。
3.6.1 脉冲分配
1．通过软件实现脉冲分配
脉冲分配器的功能可以完全由软件来实现。在这种方法中，单片机的输出口直接与功率 驱动电路的接口耦合，单片机的 I/O 口按照给定的通电方式向驱动电路发出控制脉冲。图 338 是用这种方法控制五相反应式步进电动机的硬件接口示意图，利用 MCS51 单片机的 P1.0～
P1.4 五条输出口线向步进电动机传送控制信号。
图 338 通过软件实现五相步进电动机的脉冲分配
以 二 － 三 通 电 五 相 十 拍 运 行 方 式 （ AB®ABC®BC®BCD®DC®CDE®DE®DEA®
EA®EAB®AB……）为例，电机共有 10 个通电状态。设 P1 原始输出为高电平，P1 口输出 五相
步进电动机 五相
功率驱动电路 A
B C D E P1.0
P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 MCS51
系列 单片机
低电平使功率电路导通，输出高电平使功率电路截止，则在 P1 口输出的控制信号中，0 代表 使绕组通电，1 代表使绕组断电，可用 10 个控制字来对应这 10 个通电状态，如表 34 所示。
表 34 二－三通电五相十拍工作方式控制字 控制四相混合式步进电动机，假定 P1 口为低电平时绕组通电，并用 P1.1、P1.3、P1.5、P1.7 分别驱动 A、B、C、D 四相的功率接口，则四相八拍运行时可用表 35 中的数据进行控制。
观察表 35 可知，要使步进电动机换相，只需对字节内容进行循环移位就可以了，左移时电动 机正转，右移时电动机反转。
表 35 四相步进电动机运行控制数据表
P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
D C B A
但是，采用软件法实现脉冲分配，单片机要不停地产生控制脉冲，占用了大量的 CPU 时 PMM8713、富士通公司的 MB8713 直接互换）适用于三相和四相步进电动机，它可以选择以 下六种不同的工作方式：三相单三拍、三相双三拍、三相单双六拍、四相单四拍、四相双四 拍和四相单双八拍。
8713 的输入方式可选择单时钟（加方向信号）和双时钟（正转或反转时钟）方式，具有 正反转控制、初始化复位、工作方式和输入脉冲监视等功能。使用 4～18V 电源，相输出驱动 能力为± 20mA。8713 采用 DIP16 封装，管脚功能见表 36。
表 36 8713 管脚功能
5，6 工作方式选择 11六（八）拍，00双三（四）拍，01、10单三（四）拍
7 三/四相选择 0三相，1四相
8 地
9 复位端 低电平有效
10, 11, 12, 13 输出端 13A，12B，11C，10D 相；11～13三相
14 通电监视 0单相通电，1两相通电，脉冲单相、两相交替
5、6、7 脚均接高电平，则电机为四相单双八拍运行方式。
图 340 通过脉冲分配器控制四相步进电动机 3．用软硬件相结合的方法实现脉冲分配
图 341 给出了一种软硬件相结合实现脉冲分配的电路原理图，单片机的四条数据线 P1.0～P1.3 直接接到 EPROM（2764）的低四位地址线上，EPROM 的其他地址线均接地，这 样 P1 口可选通 EPROM 的 16 个状态。
图 341 步进电动机软硬件结合控制
在 EPROM 中存储各种通电状态，如表 37 所示。在单片机的数据存储器中选一个地址作 为输出状态的计数器，程序只需把计数器加 1 送到 P1 口，就可完成一拍。输出的数据实际相 当于脉冲分配器输出的代码，而代码的含义是由 EPROM 内存解码完成，每一个数据对应脉冲 分配器的一个输出状态。脉冲分配器的功能不用主机负担，同时也不需要如串行脉冲时的延 时，软件的消耗也极少，所以主机可以有更多的时间去从事其他工作。
表 37 输入和输出对应关系
输入 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F 输出 A AB B BC C CD D DA D CD C BC B AB A 禁止 正转 ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾®
反转 ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾®
3.6.2 步进电动机的速度控制
下面以使用 MCS51 系列单片机的定时器 T0 为例，说明控制程序的设计方法。设电机运 行速度定为每秒 1000 步（1000 脉冲/s） ，则换向周期为 1000ms。设单片机使用 12MHz 时钟，
则机器周期 T 为 1ms。 定时器应该每 1000 个机器周期中断一次。 定时器执行加计数， 所以 1000
前提下，用最快的速度（或最短的时间）移动到指定位置。
如图 342 所示，步进电动机的升速一般有两种选择，一种是按直线规律升速，另一种是 指数规律升速。直线升速规律则比较简炼，而指数升速规律比较接近步进电动机输出转矩随 转速变化的规律。
（a）直线升速规律 （b）指数升速规律
图 342 步进电动机的升速规律
控制步进电动机进行加减速就是控制每次换相的时间间隔。当微机利用定时器中断方式 来控制电机变速时，实际上就是不断改变定时器装载值的大小。为了减少每步计算装载值的 时间，可以用阶梯曲线来逼近理想升降曲线，如图 343 所示。
图 343 速度上升轨迹
图 343 是近似指数加速曲线。离散后速度并不是一直连续上升的，而是每升一级都要在 该级上保持一段时间，因此实际加速轨迹呈阶梯状。如果速度（频率）是等间距分布，那么 在每个速度级上保持的时间不一样长。为了简化，我们用速度级数 N 与一个常数 C 的乘积去 模拟，并且保持的时间用步数来代替。因此，速度每升一级，步进电动机都要在该速度级上 走 NC 步（其中 N 为该速度级数）。
为了简化，减速时也采用与加速时相同的方法，只不过其过程是加速时的逆过程。
2．加减速定位控制的软件设计
软件设计是在硬件设计基本完成的基础上进行的。 现在假定采用图 341 所示的硬件环境。
于是，对步进电动机的走步控制就是对通电状态计数器进行加一运算。而速度控制则是通过 不断改变定时器的装载值来实现的。整个应用软件由主程序和定时器中断服务程序构成。主 程序的功能是：对系统资源进行全面管理、处理输入与显示、计算运行参数、加载定时器中 断服务程序所需的全部参数和初始值、开中断、等待走步过程的结束。
定时器中断服务程序框图如图 344 所示，其功能为：使步进电动机走一步、累计转过的 步数、向定时器送下一个延时参数。
图 344 定时器中断服务程序框图
整个定时器中断服务程序的运行时间必须比走步脉冲间隔短。为了减少单片机的计算工 作量，将转速序列所对应的定时常数序列做成表格存储在程序存储器中。在程序运行中，软 件系统通过查表方法查出所需要的定时器装载值。