基于多平台的步进电机控制电路仿真

张学科

（广西科技师范学院职业技术教育学院，广西来宾 546199）

步进电机控制是一个既较为成熟而又发展迅速的课题，步进电机控制具有种种优点，尤其在精确位移控制方面，近年来一直是国内外很多企业研究开发的热点［1］。随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术逐步为业界所认识，已成为新世纪测控技术发展的一个关键的方向。采用虚拟仪器对步进电机进行控制研究是一个新的方法，有非常好的发展应用前景。LabVIEW是一种虚拟仪器开发平台软件，可以利用其快捷地构筑在实际工程中所需的仪器系统，是目前主流的软件开发集成环境，有着非常广泛的应用［2-3］。Proteus是一款常用基础电路仿真系统，可仿真各种电路，操作简便，是非常受欢迎的单片机软件仿真系统［4］。LabVIEW结合Proteus正满足对步进电机的简单仿真控制设计的要求。

1 硬件电路设计

1.1 步进电机及其驱动控制

本设计采用直流电源为四相步进电机进行供电，对其各相绕组按一定时序进行通电，使得步进电机步进转动［5］。步进电机驱动器在各种状态上要符合所控制的步进电机的技术参数要求，本设计采用ULN2003芯片进行驱动。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，适应于各类要求高速大功率驱动的系统［6］。

1.2 总电路图设计

如图1所示，总电路图由单片机最小系统电路、电源电路、电机驱动电路、指示电路、串行接口电路灯组成。串行接口电路由RS232串行接口、MAX232芯片构成，实现单片机输入输出的串口信息到PC的串行接口信息的转换。

图1 总电路图

2 程序设计

2.1下位机程序设计

设计程序流程图如图2所示。下位机采用AT89C52为核心控制器，采用C语言编写控制程序；为完成预定的控制功能，主要控制功能为对步进电机的转向、圈数的设置。

图2 程序框图

2.2 上位机程序设计

步进电机控制程序框如图3所示。LabVIEW的图形化源代码又称G代码，类似于流程图，是一种图形化的源代码，编程非常简便。对于本设计较为简单，主要利用其函数库中已有的模块完成相应连接和面板显示功能。

图3 步进电机控制程序框图

3 电路测试

3.1 LabVIEW和Proteus的衔接

在正确安装LabVIEW 2014和Proteus 7.8软件之外，还必须安装NI_VISA串口通讯协议驱动和虚拟串口软件VSPD—XP。通过该软件模拟虚拟串口COM3和COM4分别分配给虚拟下位机和上位机，这样才能成功实现虚拟平台的通讯任务［7-8］。其VSPD软件界面如图4所示。

图4 VSPD软件界面图

3.2 步进电机控制电路测试

完成软硬件设计后，借助LabVIEW和Proteus对电路进行仿真测试。如图5所示，上位机设定好预定圈数，按下正转执行，下位机控制步进电机执行预定的圈数，上位机实时显示工作状态。直到完成预定工作圈数，停止。

图5 电路仿真图

4 结语

设计借助LabVIEW和Proteus平台，利用图形化编程语言实现了虚拟通信，实现了控制电路的仿真调试。实验证明，采用LabVIEW编写的程序对步进电机进行控制仿真，效果好，可移植性强。该系统可以进一步扩展成转速控制、远程控制等会获得更好的使用效果。