步進(jìn)電機與8051微控制器接口

步進(jìn)電機是一種無(wú)刷同步電機，它將整個(gè)旋轉分成若干步。每個(gè)步進(jìn)電機都有一些固定的步進(jìn)角度，電機以這個(gè)角度旋轉。在這篇文章中，我將向你展示如何使用兩種不同的驅動(dòng)器將步進(jìn)電機與8051系統連接： L293D和ULN 2003。此外，這里還解釋了使用8051單片機控制步進(jìn)電機的方法。

使用8051單片機控制步進(jìn)電機的原理

 這些電路的主要原理是使步進(jìn)電機以一個(gè)特定的步進(jìn)角度逐步旋轉。由于控制器不能提供電機所需的電流，所以使用ULN2003集成電路和L293D電機驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng)步進(jìn)電機。

電路1：使用8051微控制器和L293D控制步進(jìn)電機

本項目的第一個(gè)電路是使用L293D電機驅動(dòng)器IC實(shí)現的。由于L293D電機驅動(dòng)器有四個(gè)輸出引腳的選項，所以只能用它來(lái)驅動(dòng)一個(gè)雙極步進(jìn)電機。

電路圖

雙極步進(jìn)電機與8051微控制器和L293D電機驅動(dòng)器連接的電路圖如下圖所示。

使用8051單片機L293D控制步進(jìn)電機的電路圖

所需元件 

AT89C51 (8051單片機) 

L293D電機驅動(dòng)器 

5V雙極步進(jìn)電機 

16X2的液晶顯示器 Diaplay 

11.0592 MHz 石英晶體 

10KΩ 電阻器 X 2 

10KΩ POT 

8x 1KΩ 電阻器包 

33pF 陶瓷電容 X 2  

10μF/16V 電容 

按鈕 X 4 

330Ω 電阻器 

5V電源

電路設計 

首先，LCD的數據引腳被連接到8051的PORT0引腳。由于PORT0沒(méi)有任何內部的上拉，所以用一個(gè)電阻組來(lái)拉高PORT0。LCD的RS和E引腳被連接到8051的P2.0和P2.1。

RST引腳使用一個(gè)10KΩ的電阻被拉低。按鈕和10μF電容的組合將被用來(lái)復位微控制器。另外，EA引腳使用一個(gè)10KΩ的電阻被拉高。

接下來(lái)是振蕩器。它由兩個(gè)33pF的電容和一個(gè)連接在8051的XTAL1和XTAL2引腳之間的11.0592MHz晶體組成。

來(lái)到電機驅動(dòng)器，兩個(gè)使能引腳和兩個(gè)電源引腳被連接到+5V電源。四個(gè)輸入連接到8051的PORT1引腳，即P1.0、P1.1、P1.2和P1.3。雙極步進(jìn)電機的四個(gè)引腳與L293D的四個(gè)輸出引腳相連。

為了控制步進(jìn)電機的方向，三個(gè)按鈕被連接到PORT3的引腳上，即P3.0、P3.1和P3.2。

代碼 

工作原理 

這個(gè)電路的工作非常簡(jiǎn)單。在程序中實(shí)現了一種叫做 "半步 "的方法來(lái)旋轉步進(jìn)電機。當按下前進(jìn)按鈕時(shí)，步進(jìn)電機按順時(shí)針?lè )较蛐D。

同樣的，當按下向后的按鈕時(shí)，它開(kāi)始以逆時(shí)針?lè )较蛐D。要完全停止旋轉，你可以按下停止按鈕。

電路2：使用8051單片機和ULN2003控制步進(jìn)電機

本項目的第二個(gè)電路是使用8051單片機和ULN2003實(shí)現步進(jìn)電機控制。由于ULN2003晶體管陣列由7個(gè)輸出組成，你可以控制單極和雙極的步進(jìn)電機。

在這個(gè)項目中，我將向你展示如何使用8051微控制器和ULN2003晶體管陣列來(lái)控制一個(gè)5線(xiàn)單極步進(jìn)電機。

電路圖

下面的圖片顯示了步進(jìn)電機與8051微控制器和ULN2003連接的電路圖。

使用8051單片機控制步進(jìn)電機的電路圖

電路元件

AT89C51單片機

ULN2003A

步進(jìn)電機

晶體

電阻器

電容器

電路設計

該電路由AT89C51單片機、ULN2003A、電機組成。AT89c51是低功耗、高性能、CMOS 8位、8051系列微控制器。它有32條可編程的I/O線(xiàn)。它有4K字節的可編程和可擦除的Flash存儲器。一個(gè)外部晶體振蕩器被連接在微控制器的18和19引腳上。電機通過(guò)一個(gè)驅動(dòng)IC連接到微控制器的端口2。

ULN2003A是一個(gè)電流驅動(dòng)IC。它被用來(lái)驅動(dòng)步進(jìn)電機的電流，因為它需要超過(guò)60mA的電流。它是一個(gè)達林頓對陣列。它由七對具有共同發(fā)射極的達林頓陣列組成。該集成電路由16個(gè)引腳組成，其中7個(gè)是輸入引腳，7個(gè)是輸出引腳，其余的是VCC和地。前四個(gè)輸入引腳與微控制器相連。以同樣的方式，四個(gè)輸出引腳連接到步進(jìn)電機。

步進(jìn)電機有6個(gè)引腳。在這6個(gè)引腳中，2個(gè)引腳連接到12V電源，其余的連接到步進(jìn)電機的輸出。步進(jìn)電機以一個(gè)給定的步進(jìn)角度旋轉。旋轉的每一步都是整個(gè)周期的一小部分。這取決于機械部件和驅動(dòng)方法。

與所有的電機類(lèi)似，步進(jìn)電機將有定子和轉子。轉子有永久磁鐵，定子有線(xiàn)圈?；镜牟竭M(jìn)電機有4個(gè)線(xiàn)圈，旋轉角度為90度。這四個(gè)線(xiàn)圈是按循環(huán)順序激活的。下圖顯示了軸的旋轉方向。有不同的方法來(lái)驅動(dòng)步進(jìn)電機。下面將對其中的一些進(jìn)行解釋。

全步驅動(dòng)： 在這種方法中，一次給兩個(gè)線(xiàn)圈通電。因此，這里一次有兩個(gè)相反的線(xiàn)圈被激發(fā)。

半步驅動(dòng)： 在這種方法中，線(xiàn)圈是交替通電的。因此，它以半步角旋轉。在這種方法中，可以一次給兩個(gè)線(xiàn)圈通電，也可以給單個(gè)線(xiàn)圈通電。因此，它增加了每個(gè)周期的旋轉次數。它顯示在下圖中。

如何操作這個(gè)步進(jìn)電機驅動(dòng)電路？

首先，打開(kāi)電路。

微控制器開(kāi)始驅動(dòng)步進(jìn)電機。

人們可以觀(guān)察到步進(jìn)電機的旋轉。

步進(jìn)電機有四根線(xiàn)。它們是黃色、藍色、紅色和白色。這些電線(xiàn)交替通電，如下圖所示。

在全步驅動(dòng)中，使用以下順序

全步驅動(dòng)

要以半步角驅動(dòng)電機，請使用以下順序

半步角

步進(jìn)電機控制器電路的優(yōu)點(diǎn)

消耗的功率較小。

它需要較低的工作電壓。

步進(jìn)電機控制應用

該電路可用于機器人應用。

 它也可用于機械電子學(xué)應用。

步進(jìn)電機可用于磁盤(pán)驅動(dòng)器、矩陣打印機等。