51單片機綜合學(xué)習系統之 步進(jìn)電機控制篇

先看一下我們將要使用的51單片機綜合學(xué)習系統能完成哪些實(shí)驗與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作：分別有流水燈，數碼管顯示，液晶顯示，按鍵開(kāi)關(guān)，蜂鳴器奏樂(lè )，繼電器控制，IIC總線(xiàn)，SPI總線(xiàn)，PS/2實(shí)驗，AD模數轉換，光耦實(shí)驗，串口通信，紅外線(xiàn)遙控，無(wú)線(xiàn)遙控，溫度傳感，步進(jìn)電機控制等等。

上圖是我們將要使用的51單片機綜合學(xué)習系統硬件平臺，本期實(shí)驗我們用到了綜合系統主機、步進(jìn)電機，綜合系統其它功能模塊原理與使用詳見(jiàn)前幾期《電子制作》雜志及后期連載教程介紹。

步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進(jìn)驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱(chēng)為“步距角”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數來(lái)控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機轉動(dòng)的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進(jìn)電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒(méi)有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應用于各種開(kāi)環(huán)控制。

步進(jìn)電機分類(lèi)與結構

現在比較常用的步進(jìn)電機分為三種：反應式步進(jìn)電機（VR）、永磁式步進(jìn)電機（PM）、混合式步進(jìn)電機（HB）。本章節以反應式步進(jìn)電機為例，介紹其基本原理與應用方法。反應式步進(jìn)電機可實(shí)現大轉矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度。反應式步進(jìn)電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉矩。常用小型步進(jìn)電機的實(shí)物如圖1所示。

圖1步進(jìn)電機實(shí)物圖

圖2 步進(jìn)電機內部圖

步進(jìn)電機現場(chǎng)應用驅動(dòng)電路

綜合系統使用的是小型步進(jìn)電機，對電壓和電流要求不是很高，為了說(shuō)明應用原理，故采用最簡(jiǎn)單的驅動(dòng)電路，目的在于驗證步進(jìn)電機的使用，在正式工業(yè)控制中還需在此基礎上改進(jìn)。一般的驅動(dòng)電路可以用圖3的形式。

圖3 一般驅動(dòng)電路

在實(shí)際應用中一般驅動(dòng)路數不止一路，用上圖的分立電路體積大，很多場(chǎng)合用現成的集成電路作為多路驅動(dòng)。常用的小型步進(jìn)電機驅動(dòng)電路可以用ULN2003或ULN2803。本書(shū)配套實(shí)驗板上用的是ULN2003。ULN2003是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點(diǎn)，適應于各類(lèi)要求高速大功率驅動(dòng)的系統。ULN2003A由7組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網(wǎng)絡(luò )以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò )構成，具有同時(shí)驅動(dòng)7組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。ULN2003內部結構及等效電路圖如圖4：

圖4 ULN2003內部框圖及等效電路圖

ULN2003A型高壓大電流達林頓晶體管陣列電路的典型應用電路框圖如圖5所示。鉗位二極管用于保護線(xiàn)圈通斷時(shí)的反電動(dòng)勢擊穿集成電路，可以看出，該電路的應用非常簡(jiǎn)單。

圖5 典型應用圖

步進(jìn)電機的程序設計

實(shí)現功能：開(kāi)發(fā)板上電時(shí)電機正轉，按住51單片機綜合學(xué)習系統上的按鍵SW20（P14）時(shí)反轉。

圖6 步進(jìn)電機實(shí)驗演示圖

電機正反轉的環(huán)形脈沖分配表如下：

表1：正轉環(huán)形脈沖分配表

表2：反轉環(huán)形脈沖分配表

硬件原理圖

圖7 硬件原理圖

程序流程圖

圖8 軟件流程圖

軟件代碼

#include

sbit key = P1^4;

void delay(void)

{

int k;

for(k=0;k<2000;k++);

}

void main()

{

P0=0x00;//輸出全高

key=1;//按鍵置輸入狀態(tài)

while(1)//主循環(huán)

{

if(key==1)//無(wú)鍵按下正轉

{

P0=0xFC;//1100

delay();

P0=0xF6;//0110

delay();

P0=0xF3;//0011

delay();

P0=0xF9;//1001

delay();

}

else//有鍵按下反轉

{

P0=0xFC;//1100

delay();

P0=0xF9;//1001

delay();

P0=0xF3;//0011

delay();

P0=0xF6;//0110

delay();

}

}

}