51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)之步進(jìn)電機(jī)控制篇

1、51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)之步進(jìn)電機(jī)控制篇大家好，通過(guò)以前的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)對(duì)51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的使用方法及學(xué)習(xí)方式有所了解與熟悉，學(xué)會(huì)了紅外線遙控的基本知識(shí)，體會(huì)到了綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)的易用性與易學(xué)性，這一期我們將一起學(xué)習(xí)步進(jìn)電機(jī)控制的基本原理與使用方法。     先看一下我們將要使用的51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)能完成哪些實(shí)驗(yàn)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(guān)，蜂鳴器奏樂(lè)，繼電器控制，IIC總線，SPI總線，PS/2實(shí)驗(yàn)，AD模數(shù)轉(zhuǎn)換，光耦實(shí)驗(yàn)，串口通信，紅外線遙控，無(wú)線遙控，溫度傳感，步進(jìn)電機(jī)控制等等。   

2、; 上圖是我們將要使用的51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，本期實(shí)驗(yàn)我們用到了綜合系統(tǒng)主機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，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(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率

3、來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)分類與結(jié)構(gòu)    現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)分為三種：反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）。本章節(jié)以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例，介紹其基本原理與應(yīng)用方法。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。常用小型步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物如圖1所示。圖1步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖圖2 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部圖步進(jìn)電機(jī)

4、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)電路    綜合系統(tǒng)使用的是小型步進(jìn)電機(jī)，對(duì)電壓和電流要求不是很高，為了說(shuō)明應(yīng)用原理，故采用最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，目的在于驗(yàn)證步進(jìn)電機(jī)的使用，在正式工業(yè)控制中還需在此基礎(chǔ)上改進(jìn)。一般的驅(qū)動(dòng)電路可以用圖3的形式。圖3 一般驅(qū)動(dòng)電路    在實(shí)際應(yīng)用中一般驅(qū)動(dòng)路數(shù)不止一路，用上圖的分立電路體積大，很多場(chǎng)合用現(xiàn)成的集成電路作為多路驅(qū)動(dòng)。常用的小型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可以用ULN2003或ULN2803。本書配套實(shí)驗(yàn)板上用的是ULN2003。ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高

5、、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。ULN2003A由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(dá)林頓晶體管陣列電路的典型應(yīng)用電路框圖如圖5所示。鉗位二極管用于保護(hù)線圈通斷時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)擊穿集成電路，可以看出，該電路的應(yīng)用非常簡(jiǎn)單。圖5 典型應(yīng)用圖步進(jìn)電機(jī)的程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能：開發(fā)板上電時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，按住51單片機(jī)綜合學(xué)習(xí)系統(tǒng)上的按鍵

6、SW20（P14）時(shí)反轉(zhuǎn)。圖6 步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)演示圖電機(jī)正反轉(zhuǎn)的環(huán)形脈沖分配表如下：步數(shù)P00P01P02P03AB/A/B11100201103001141001表1：正轉(zhuǎn)環(huán)形脈沖分配表步數(shù)P00P01P02P03AB/A/B11100210013001140110表2：反轉(zhuǎn)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/*/*杭州晶控電子有限公司*/*/*步進(jìn)電機(jī)演示程序*/*目標(biāo)器件：AT89S51*/*晶振:11.0592MHZ*/*編譯環(huán)境：Keil 7.50A*/*/*包含頭文件*/#include <reg51.h>/*端口定義*/sbit

7、key = P14;/*函數(shù)功能:延時(shí)子程序入口參數(shù):出口參數(shù):*/void delay(void)int k;for(k=0;k<2000;k+);/*函數(shù)功能:主程序入口參數(shù):出口參數(shù):*/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(zhuǎn)P0=0xFC;/1100delay();P0=0xF6;/0110delay();P0=0xF3;/0011delay();P0=0xF9;/1001delay();else/有鍵按下反轉(zhuǎn)P0=0xFC;/1100delay();P0=0xF9;/1001delay();P0=0xF3;/0011delay();P0=0xF6;/0110delay();    相信看到這