51單片機綜合學習系統(tǒng)之 步進電機控制篇

先看一下我們將要使用的51單片機綜合學習系統(tǒng)能完成哪些實驗與產(chǎn)品開發(fā)工作：分別有流水燈，數(shù)碼管顯示，液晶顯示，按鍵開關，蜂鳴器奏樂，繼電器控制，IIC總線，SPI總線，PS/2實驗，AD模數(shù)轉換，光耦實驗，串口通信，紅外線遙控，無線遙控，溫度傳感，步進電機控制等等。

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

步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(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(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制。

步進電機分類與結構

現(xiàn)在比較常用的步進電機分為三種：反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）。本章節(jié)以反應式步進電機為例，介紹其基本原理與應用方法。反應式步進電機可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般為1.5度。反應式步進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。常用小型步進電機的實物如圖1所示。

圖1步進電機實物圖

圖2 步進電機內(nèi)部圖

步進電機現(xiàn)場應用驅動電路

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

圖3 一般驅動電路

在實際應用中一般驅動路數(shù)不止一路，用上圖的分立電路體積大，很多場合用現(xiàn)成的集成電路作為多路驅動。常用的小型步進電機驅動電路可以用ULN2003或ULN2803。本書配套實驗板上用的是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，適應于各類要求高速大功率驅動的系統(tǒng)。ULN2003A由7組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網(wǎng)絡以及鉗位二極管網(wǎng)絡構成，具有同時驅動7組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。ULN2003內(nèi)部結構及等效電路圖如圖4：

圖4 ULN2003內(nèi)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圈通斷時的反電動勢擊穿集成電路，可以看出，該電路的應用非常簡單。

圖5 典型應用圖

步進電機的程序設計

實現(xiàn)功能：開發(fā)板上電時電機正轉，按住51單片機綜合學習系統(tǒng)上的按鍵SW20（P14）時反轉。

圖6 步進電機實驗演示圖

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();

}

}

}