基于LabVIEW的步进电机控制

摘要：为了实现PC机对步进电机的自动调节，设计了基于虚拟仪器技术的步进电机控制方案。系统采用L298N芯片进行驱动，以LabVIEW作为开发平台，并通过串口实现数据通信。结果显示，该系统能够很方便地实现步进电机的转速转向控制，而且利用虚拟仪器开发平台LabVIEW编写上位机程序，具有编程简单，控制界面友好，程序可移植性强的特点。
关键词：步进电机；串口；LabVIEW；VISA

步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。它在在工业自动化控制、数控机床、机器人等领域有着广泛的应用。在远程实验系统中，经常有需要利用步进电机对一些旋钮、位置等进行自动调节。本文设计了基于虚拟仪器技术的步进电机控制方案。该方案采用虚拟仪器控制步进电机，编程简单，界面友好，易于更改程序功能，控制灵活性得到了提高。

1 步进电机工作原理
步进电机按其力矩产生原理可以分为反应式、永磁式和混合式几种。本文采用的是反应式二相四线步进电机，定子有两个线圈绕组，设其中一个线圈绕组为A相，另一个线圈绕组为B相。当给A相绕组通电时，该绕组即产生磁场，转子齿与A相绕组各齿对齐；当给B相绕组通电时，转子齿将与B相绕组各齿对齐，这样，转子就旋转了一个角度。依次给A相、B相绕组通电，就可以实现步进电机的旋转，改变通电的顺序(即先给B相绕组通电，再给A相绕组通电)就可以改变电机旋转的方向。另外，由于步进电机是由脉冲信号进行控制的，给电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的时间间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

2 步进电机控制硬件电路
2．1 串行接口电路
串行接口电路由RS 232串行接口、MAX232芯片和AT89S51单片机三部分构成。其中，RS 232串行接口用于连接PC的RS 232串行接口，MAX 232芯片用于衔接RS 232串行接口与AT89S51单片机，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，即AT89S51单片机信号的TTL电平到RS 232电平的转换，从而实现二者之间电气特性上的兼容。具体串行接口硬件电路如图1所示。

2．2 驱动电路
步进电机的驱动电路有多种方案，本文采用芯片L298N进行驱动。该芯片是专用驱动集成电路，输出电流大，输出功率强。其输出电流为2 A，最高电流4 A，最高工作电压50 V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机、步进电机、电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相连，从而很方便地受单片机控制。
采用L298N芯片可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。同时，为了避免电机对单片机的干扰，在驱动电路中加入光耦TPL-521，进行光电隔离，从而使系统能稳定可靠的工作。具体驱动电路如图2所示。